DE102005044033A1 - Positioning system for percutaneous interventions - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft ein Positionierungssystem (100) für perkutane Interventionen. Dieses ist vorteilhaft an den klinischen Arbeitsablauf angepaßt und ermöglicht einen schnellen und präzisen Einsatz einer Nadel (6) oder eines anderen medizinischen Instruments. Hierzu wird eine neuartige Navigationssoftware in Kombination mit einem Referenzrahmen (2) und einer Nadelhalterung (3) eingesetzt.The invention relates to a positioning system (100) for percutaneous interventions. This is advantageously adapted to the clinical workflow and enables a quick and precise use of a needle (6) or another medical instrument. For this purpose, a new type of navigation software is used in combination with a reference frame (2) and a needle holder (3).

Description

Translated fromGerman

DieErfindung betrifft ein Positionierungssystem für perkutane Interventionen.Darüberhinaus betrifft die Erfindung einen Referenzrahmen und eine Instrumentenhalterungzur Verwendung in einem solchen Positionierungssystem. Schließlich betrifftdie Erfindung ein Computerprogramm für ein solches Positionierungssystem.TheThe invention relates to a positioning system for percutaneous interventions.About thatIn addition, the invention relates to a reference frame and an instrument holderfor use in such a positioning system. Finally, concernsthe invention is a computer program for such a positioning system.

Bildgeführte Interventionen,insbesondere CT-geführteInterventionen, sind heute Teil der klinische Routine. Im Gegensatzzu einer invasiven chirurgischen Behandlung ermöglichen dabei minimal-invasivebildgeführteInterventionen dem Anwender eine Arbeit mit minimalen Verletzungendes Patienten. Dies verringert nicht nur die klinischen Kosten.Es verringert auch die Gefahr von Komplikationen und besitzt einenpositiven kosmetischen Effekt.Image guided interventions,especially CT-guidedInterventions are now part of the clinical routine. In contrastto an invasive surgical treatment while minimally invasiveImage guidedInterventions give the user a job with minimal injuriesof the patient. This not only reduces the clinical costs.It also reduces the risk of complications and owns onepositive cosmetic effect.

DieGenauigkeit und Schnelligkeit, mit der eine Punktionsnadel im Körper desPatienten planiert wird, hängtjedoch in hohem Maßevon dem Könnendes Radiologen ab. Insbesondere erfordert ein solcher Vorgang einhohes Maß anErfahrung. Bereits das Finden eines geeigneten Eintrittspunktesist oftmals willkürlich.Daher sind meist eine Vielzahl von Kontrollscans erforderlich, umdie Nadelposition zu bestimmen und gegebenenfalls zu korrigieren,bis sich die Nadelspitze am gewünschtenZielpunkt befindet. Dies ist insbesondere bei solchen Anwendungenerforderlich, bei denen eine falsche Position der Nadel zu lebensbedrohlichenZuständen beimPatienten führenkann. Die häufigenKontrollscans verlängernnicht nur die Dauer des Eingriffs, sondern erhöhen auch die Strahlungsdosisfür denPatienten.TheAccuracy and speed with which a puncture needle in the body of thePatient is leveled, hangshowever, to a large extentfrom the skillof the radiologist. In particular, such a process requires onehigh levelExperience. Already finding a suitable entry pointis often arbitrary.Therefore, a variety of control scans are usually required todetermine the needle position and correct it if necessaryuntil the needle tip on the desiredDestination point is located. This is especially true in such applicationsrequired where a wrong position of the needle is life-threateningStates atPatients leadcan. The frequent onesExtend control scansnot only the duration of the procedure, but also increase the radiation dosefor thePatients.

EineAufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Positionierung medizinischerInstrumente bei perkutanen Interventionen zu verbessern.AObject of the present invention is the positioning of medicalTo improve instruments in percutaneous interventions.

DieseAufgabe wird durch ein Positionierungssystem nach Anspruch 1 gelöst. Danachist ein Positionierungssystem fürperkutane Interventionen vorgesehen, mit einem Referenzrahmen zurAnordnung in einer definierten Lage relativ zu einem Patienten,wobei der Referenzrahmen derart ausgebildet ist, daß dessen Lagein einem ersten Bezugssystem und in einem zweiten Bezugssystem bestimmbarist, mit einer Instrumentenhalterung zum Aufnehmen und/oder Halteneines medizinischen Instrumentes, insbesondere einer Nadel, und/odereinem medizinischen Instrument, wobei die Instrumentenhalterungund/oder das medizinische Instrument derart ausgebildet ist, daß derenLage in dem zweiten Bezugssystem bestimmbar ist, und mit einer Datenverarbeitungseinheit,welche aufweist a) ein Eingangsmodul, ausgebildet zum Empfangeneines von einem bildgebenden System bereitgestellten Patientendatensatzesund zum Empfangen eines von einem Ortungssystem bereitgestelltenGerätedatensatzes,wobei der Patientendatensatz Patientendaten, insbesondere Bilddaten,in dem ersten Bezugssystem und Daten zur Lage des Referenzrahmensin dem ersten Bezugssystem enthält,und wobei der GerätedatensatzDaten zur Lage des Referenzrahmens in dem zweiten Bezugssystem undDaten zur Lage der Instrumentenhalterung und/oder des medizinischenInstrumentes in dem zweiten Bezugssystem enthält, b) ein Registrierungsmodul,ausgebildet zum Durchführeneiner automatischen Bild-zu-Patient-Registrierung mit Hilfe der in dem Patientendatensatzund in dem Gerätedatensatzenthaltenen Daten und c) ein Planungsmodul, ausgebildet zum Planeneiner Trajektorie von einem Eintrittspunkt am Patienten zu einemZielpunkt im Patienten.TheseThe object is achieved by a positioning system according to claim 1. After thatis a positioning system forpercutaneous interventions, with a reference framework forArrangement in a defined position relative to a patientwherein the reference frame is formed such that its positiondeterminable in a first frame of reference and in a second frame of referenceis, with an instrument holder for recording and / or holdinga medical instrument, in particular a needle, and / ora medical instrument, the instrument holderand / or the medical instrument is designed such that itsPosition in the second frame of reference can be determined, and with a data processing unit,which has a) an input module, designed for receivinga patient record provided by an imaging systemand for receiving one provided by a location systemDevice recordwherein the patient data record patient data, in particular image data,in the first frame of reference and data on the location of the frame of referencein the first frame of reference,and wherein the device recordData on the position of the reference frame in the second frame of reference andData on the position of the instrument holder and / or the medicalInstrument in the second frame of reference, b) a registration module,designed for performingan automatic image-to-patient registration using the in the patient recordand in the device recordand c) a planning module designed for planninga trajectory from an entry point on the patient to aTarget point in the patient.

Darüber hinauswird diese Aufgabe durch einen Referenzrahmen nach Anspruch 12 gelöst. DerReferenzrahmen zur Verwendung in einem Positionierungssystem istausgebildet zur Anordnung in einer definierten Lage relativ zu einemPatienten, mit einer Anzahl erster Markierungselementen für die Bestimmungseiner Lage in einem ersten Bezugssystem und mit eine Anzahl zweiterMarkierungselementen fürdie Bestimmung seiner Lage in einem zweiten Bezugssystem, wobeidie ersten Markierungselemente zur Bestimmung einer Lage mit Hilfeeines bildgebenden Verfahrens, insbesondere Computertomographie,ausgebildet sind und wobei die zweiten Markierungselemente zur Bestimmungeiner Lage mit Hilfe eines optischen oder elektromagnetischen Ortungsverfahrensausgebildet sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Referenzrahmenan dem oder auf dem Patienten anbringbar ist. In diesem Fall kanndurch Aufdrückendes Referenzrahmens auf den Patientenkörper eine zusätzlicheFixierung des Patienten erreicht werden. Alternativ dazu ist derReferenzrahmen relativ zu dem Patienten angeordnet, ohne daß ein mechanischerKontakt zu dem Patienten besteht. In diesem Fall ist die Gefahrder Übertragungvon Keimen oder dergleichen sehr gering.Furthermorethis object is achieved by a reference frame according to claim 12. Of theReference frame for use in a positioning system isdesigned for arrangement in a defined position relative to aPatients, with a number of first marker elements for the determinationits location in a first frame of reference and with a number of second onesMarkers forthe determination of its position in a second frame of reference, whereinthe first marking elements for determining a position usingan imaging method, in particular computed tomography,are formed and wherein the second marking elements for determininga layer using an optical or electromagnetic locating methodare formed. It is particularly advantageous if the reference frameattachable to or on the patient. In this case canby pressingof the reference frame on the patient's body an additionalFixation of the patient can be achieved. Alternatively, theReference frame arranged relative to the patient without a mechanicalContact to the patient exists. In this case, the dangerthe transmissiongerms or the like very low.

Darüber hinauswird diese Aufgabe durch eine Instrumentenhalterung, insbesondereNadelhalterung, nach Anspruch 15 gelöst. Die Instrumentenhalterungzur Verwendung in einem Positionierungssystem umfaßt eineAufnahme- oder Haltevorrichtung zur Befestigung eines medizinischenInstrumentes, insbesondere einer Nadel, und eine Anzahl zweiterMarkierungselemente fürdie Bestimmung ihrer Lage in einem zweiten Bezugssystem, wobei diezweiten Markierungselemente zur Bestimmung einer Lage mit Hilfeeines optischen oder elektromagnetischen Ortungsverfahrens ausgebildetsind. Vorzugsweise weist die Instrumentenhalterung zwei Drehgelenkezur einfachen und präzisenAusrichtung auf.FurthermoreThis object is achieved by an instrument holder, in particularNeedle holder, solved according to claim 15. The instrument holderfor use in a positioning system comprisesRecording or holding device for attaching a medicalInstrument, in particular a needle, and a number of secondMarkers forthe determination of their position in a second frame of reference, thesecond marking elements for determining a position with the aid ofan optical or electromagnetic locating method is formedare. Preferably, the instrument holder has two hingesfor easy and accurateFocus on.

Darüber hinauswird diese Aufgabe durch ein medizinisches Instrument nach Anspruch17 gelöst.Das medizinisches Instrument, insbesondere eine Nadel, umfaßt eineAnzahl zweiter Markierungselemente für die Bestimmung seiner Lagein einem zweiten Bezugssystem, wobei die zweiten Markierungselementezur Bestimmung einer Lage mit Hilfe eines vorzugsweise optischenoder elektromagnetischen Ortungsverfahrens ausgebildet sind.FurthermoreThis task is achieved by a medical instrument according to claim17 solved.The medical instrument, in particular a needle, includes aNumber of second marking elements for determining its positionin a second frame of reference, wherein the second marker elementsfor determining a position by means of a preferably opticalor electromagnetic locating method are formed.

Darüber hinauswird diese Aufgabe durch ein Computerprogramm für ein Positionierungssystemfür perkutaneInterventionen nach Anspruch 18 gelöst. Danach ist es vorgesehen,daß dasComputerprogramm aufweist: Computerprogrammanweisungen zum Empfangeneines von einem bildgebenden System bereitgestellten Patientendatensatzesund zum Empfangen eines von einem Ortungssystem bereitgestelltenGerätedatensatzes,wobei der Patientendatensatz Patientendaten, insbesondere Bilddaten,in dem ersten Bezugssystem und Daten zur Lage des Referenzrahmensin dem ersten Bezugssystem enthält,und wobei der GerätedatensatzDaten zur Lage des Referenzrahmens in dem zweiten Bezugssystem undDaten zur Lage der Instrumentenhalterung und/oder eines medizinischenInstrumentes in dem zweiten Bezugssystem enthält, Computerprogrammanweisungenzum Durchführeneiner automatischen Bild-zu-Patient-Registrierung mit Hilfe der indem Patientendatensatz und in dem Gerätedatensatz enthaltenen Datenund Computerprogrammanweisungen zum Planen einer Trajektorie voneinem Eintrittspunkt am Patienten zu einem Zielpunkt im Patienten, wenndas Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird.FurthermoreThis task is accomplished by a computer program for a positioning systemfor percutaneousInterventions according to claim 18 solved. After that it is plannedthat thisComputer program comprising: computer program instructions for receivinga patient record provided by an imaging systemand for receiving one provided by a location systemDevice recordwherein the patient data record patient data, in particular image data,in the first frame of reference and data on the location of the frame of referencein the first frame of reference,and wherein the device recordData on the position of the reference frame in the second frame of reference andData on the position of the instrument holder and / or a medical deviceInstrument in the second frame of reference, computer program instructionsto performan automatic image-to-patient registration using the inthe patient record and data contained in the device recordand computer program instructions for scheduling a trajectory ofan entry point at the patient to a target point in the patient whenthe computer program is executed on a computer.

Einegrundlegende Idee der Erfindung besteht darin, vor dem eigentlichenEingriff den Zugangsweg zu planen und mit Hilfe geeigneter Vorrichtungeneine präziseund schnelle Ausrichtung des medizinischen Instruments und einendefinierten Vorschub zu gewährleisten.Damit wird eine computerunterstützeNavigation fürperkutane Interventionen ermöglicht,die insbesondere im Bereich der interventionellen Radiologie Anwendungfinden kann. Unter dem Begriff Navigation wird dabei das Bestimmender Position durch Ortung verstanden. Darüber hinaus wird unter dem BegriffNavigation das Planen des Zugangsweges zum Zielpunkt verstanden.Und schließlichwird unter dem Begriff Navigation auch das Führen eines medizinischen Instrumenteszu diesem Ziel auf dem geplanten Zugangsweg verstanden.Abasic idea of the invention is, before the actualTo plan the access route and with the help of suitable devicesa precise oneand rapid alignment of the medical instrument and ato ensure defined feed.This will be a computer assistedNavigation forpercutaneous interventions allowsespecially in the field of interventional radiologyCan be found. The term navigation is used here to determinethe position understood by locating. In addition, under the termNavigation understood the planning of the access route to the destination point.And finallyThe term navigation also refers to the operation of a medical instrumentunderstood to this goal on the planned access route.

Eineweitere grundlegende Idee der Erfindung besteht in der Kombinationeiner Navigationssoftware mit einer speziellen Instrumentenhalterungund/oder eines spezielle medizinischen Instrumentes. Mit dieser Kombinationist innerhalb weniger Sekunden eine akkurate Ausrichtung des Instrumentes,vorzugsweise einer Nadel oder dergleichen, entsprechend der geplantenTrajektorie möglich.Gemäß einerweiteren grundlegenden Idee der Erfindung wird darüber hinausdurch die Verwendung eines speziellen Referenzrahmens eine vollautomatischeBild-zu-Patient-Registrierung ermöglicht.AAnother basic idea of the invention is the combinationa navigation software with a special instrument holderand / or a special medical instrument. With this combinationis an accurate alignment of the instrument within a few seconds,preferably a needle or the like, according to the plannedTrajectory possible.According to onemore basic idea of the invention is beyondthrough the use of a special reference frame a fully automaticPicture-to-patient registration is possible.

Diesträgt ebenfallszu einer sehr schnellen Bereitstellung der für den Eingriff erforderlichenInformationen und damit insgesamt zu einer Verkürzung der Behandlungsdauerbei.Thisalso contributesto a very fast deployment of the required for the procedureInformation and thus to a total shortening of the treatment durationat.

Mitdem neuartigen bildgeführtenNavigationsverfahren sind minimal-invasive Eingriffe möglich, bei denenein punktgenaues sicheres Erreichen auch kleinster Zielbereicheim Körperinnerenmöglichist. Das erfindungsgemäße Positionierungssystemkann dabei vollumfänglichin die klinische Arbeitsumgebung integriert werden.Withthe novel image-guidedNavigation methods are minimally invasive procedures are possible in whicha pinpoint safe reach even the smallest target areasinside the bodypossibleis. The positioning system according to the inventioncan be completebe integrated into the clinical work environment.

DieErfindung ist bei allen bildgeführtenInterventionen und Therapien einsetzbar, bei denen ein perkutanerVorschub einer Nadel zu einer bestimmten anatomischen Position indem Patienten erforderlich ist. Anwendungsfelder sind u.a. Biopsiebzw. Punktion zur Entnahme von klärungsbedürftigem Gewebe (beispielsweiseThorax, Abdominal, Spine, Hüfte,Knie usw.), Vetebroplastie, periradikuläre Therapie und Radiofrequenzablation.TheInvention is all image-guidedInterventions and therapies can be used in which a percutaneousAdvancing a needle to a specific anatomical position inthe patient is required. Areas of application include u.a. biopsyor puncture for removal of tissue requiring clarification (for exampleThorax, Abdominal, Spine, Hip,Knee, etc.), vetebroplasty, periradicular therapy and radiofrequency ablation.

Durchdas erfindungsgemäße Positionierungssystemkann die Anzahl der Kontrollscans und damit die Dauer des Eingriffesund die Strahlenbelastung des Patienten verringert werden. Besondersdie Verringerung der Eingriffsdauer ist dann von großer Bedeutung,wenn ein sich schnell auflösendesKontrastmedium verwendet wird.By means of the positioning system according to the invention, the number of control scans and thus the duration of the procedure and the radiation exposure of the patient can be reduced. In particular, the reduction of the intervention time is of great importance when using a fast-dissolving contrast medium it becomes.

Vorzugsweisebefindet sich kein einziges Markierungselement direkt am Körper desPatienten. Dennoch ist in den meisten Fällen ein präziser Eingriff ohne Vollnarkosemöglich.Die Belastung des Patienten kann daher gegenüber aus dem Stand der Technikbekannten Lösungendeutlich verringert werden. Erreicht werden kann dies u.a. durchden Einsatz eines hochwirksamen Patientenfixierungssystems, welchesnicht vorhersehbare Bewegungen des Patienten relativ zu dem Referenzrahmen,welche die Bild-zu-Patient-Registrierung beeinflussen könnten, minimiert.Dadurch könnenRisiken, die mit Patientenbewegungen verbunden sind, gegenüber bekanntenVerfahren deutlich verringert werden.PreferablyThere is not a single marking element directly on the body of thePatients. Nevertheless, in most cases a precise procedure without general anesthesiapossible.The burden on the patient can therefore be compared to the prior artknown solutionsbe significantly reduced. This can be achieved i.a. bythe use of a highly effective patient fixation system, whichunpredictable movements of the patient relative to the reference frame,which could affect image-to-patient registration is minimized.Thereby canRisks associated with patient movement compared to knownProcedures be significantly reduced.

ImGegensatz zu konventionellen Positionierungssystemen oder Positionierungshilfen,wie Laser oder Hautmarker, ist das vorliegende Positionierungssysteman die Bedürfnisseeines Radiologen angepaßtund kann daher als ideales Werkzeug für bildgeführte perkutane interventionelleVerfahren eingesetzt werden.in theUnlike conventional positioning systems or positioning aids,like laser or skin marker, is the present positioning systemto the needsadapted to a radiologistand therefore can be considered as an ideal tool for image guided percutaneous interventionalProcedures are used.

VorteilhafteAusführungender Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageousversionsThe invention are specified in the subclaims.

Soist es gemäß einerbesonders bevorzugten Ausführungsformder Erfindung vorgesehen, daß die Datenverarbeitungseinheitein Navigationsmodul aufweist, das zum Visualisieren der Instrumentenhalterung und/oderdes medizinischen Instrumentes in dem Patientendatensatz vor und/oderwährendder Intervention ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist es mit anderen Wortenalso nicht nur möglich,die Lage des medizinischen Instrumentes außerhalb des Patientenkörpers zu überprüfen. Mitder Erfindung besteht zudem die Möglichkeit, den Nadelvorschubin dem Patientendatensatz in Echtzeit zu visualisieren und somitdas Einbringen der Nadel in den Körper des Patienten und dieBewegung der Nadel zu kontrollieren. Dadurch kann die Anzahl vonKontrollscans und damit die Strahlenbelastung des Patienten gegenüber herkömmlichenTechniken deutlich verringert werden.Sois it according to oneparticularly preferred embodimentthe invention provides that the data processing unita navigation module for visualizing the instrument holder and / orof the medical instrument in the patient record before and / orwhilethe intervention is trained. In other words, according to the inventionso not only possibleto check the position of the medical instrument outside the patient's body. WithThe invention also offers the possibility of needle feedin the patient record in real time to visualize and thusthe insertion of the needle into the body of the patient and theControl movement of the needle. This can reduce the number ofControl scans and thus the radiation exposure of the patient compared to conventionalTechniques are significantly reduced.

Gemäß einerweiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung istdie Verwendung eines optischen und/oder elektromagnetischen Ortungssystemsvorgesehen. Bei der Verwendung eines optischen Ortungssystems können dieverwendeten medizinischen Instrumente außerhalb des Patienten verfolgt werden.Kommt zusätzlichoder alternativ hierzu ein elektromagnetisches Ortungssystem zumEinsatz, können dieverwendeten medizinischen Instrumente auch im Körper des Patienten verfolgtwerden.According to oneAnother particularly preferred embodiment of the inventionthe use of an optical and / or electromagnetic location systemintended. When using an optical positioning system, theused medical instruments to be tracked outside the patient.Comes additionallyor alternatively, an electromagnetic location system forUse, can theused medical instruments also tracked in the patient's bodybecome.

Gemäß einerweiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommtein vorzugsweise auf einem Vakuumprinzip basierendes Patientenfixierungssystemzur Fixierung des Patienten zum Einsatz. Durch die hierdurch erreichbareweitgehende Immobilisierung des Patienten können die Vorteil der Erfindung besondersgut genutzt werden.According to oneAnother particularly preferred embodiment of the invention comesa preferably based on a vacuum principle patient fixation systemfor fixing the patient to use. By this achievableextensive immobilization of the patient may be the advantage of the invention especiallybe well used.

WeitereVorteile und Ausführungsformender Erfindung werden nachfolgend mit Hilfe von Ausführungsbeispielennäher erläutert. Hierbeizeigen:FurtherAdvantages and embodimentsThe invention will be described below with the aid of exemplary embodimentsexplained in more detail. in this connectiondemonstrate:

1 eine Überblicksdarstellungeines Positionierungssystems, 1 an overview of a positioning system,

2 eineBlockdarstellung eines Positionierungssystem, 2 a block diagram of a positioning system,

3 einenReferenzrahmen, 3 a reference frame,

4 eineNadelhalterung, 4 a needle holder,

5 eineBildschirmdarstellung der Trajektorienplanung, 5 a screen display of trajectory planning,

6 eineerste Bildschirmdarstellung währenddes Ausrichtens der Nadelhalterung, 6 a first screen display during alignment of the needle holder,

7 einezweite Bildschirmdarstellung währenddes Ausrichtens der Nadelhalterung, 7 a second screen display during alignment of the needle holder,

8 einealternative zweite Bildschirmdarstellung während des Ausrichtens der Nadelhalterungund 8th an alternative second screen display during alignment of the needle holder and

9 einenweiteren Referenzrahmen. 9 another reference frame.

SämtlicheFiguren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihrenwesentlichen Bestandteilen sowie zum Teil stark vereinfacht.AllFigures show the invention only schematically and with theiressential components and partly greatly simplified.

MitHilfe der nachfolgend beschriebenen Technik wird die klinische Aufgabegelöstwerden, eine Nadel perkutan in einen Patienten zu stechen und entlangeeines zuvor geplanten Zugangsweges zu einem definierte Zielpunktvorzuschieben, um eine entsprechende Therapie zu beginnen. Dabeierfolgt der Eingriff äußerst präzise undschnell.WithHelp of the technique described below becomes the clinical tasksolvedare to pierce a needle percutaneously in a patient and entlangea previously planned access route to a defined destinationto advance to begin appropriate therapy. therethe procedure is very precise andfast.

Wiein den1 und2 abgebildet, umfaßt das erfindungsgemäße Positionierungssystem100 einenReferenzrahmen2 und eine Nadelhalterung3. Darüber hinausumfaßtdas Positionierungssystem100 eine Datenverarbeitungseinheit4.Die Datenverarbeitungseinheit4 ist ausgebildet zur Durchführung aller Schritteentsprechend des hier beschriebenen Verfahrens, die in einem Zusammenhangmit der Verarbeitung von Daten stehen. Bei den Daten handelt essich insbesondere um Daten, die den zu behandelnden Patienten5 betreffen,wie beispielsweise Bilddaten, sowie um Daten, die verschiedene Komponentendes Positionierungssystem100 betreffen, insbesondere Positionsdatender Nadelhalterung3, des Referenzrahmens2 und gegebenenfallsder Nadel6. Die Datenverarbeitungseinheit4 weistvorzugsweise eine Anzahl von weiter unten näher erläuterten Funktionsmodulen auf,wobei jedes Funktionsmodul ausgebildet ist zur Durchführung einer bestimmtenFunktion oder einer Anzahl bestimmter Funktionen gemäß dem beschriebenenVerfahren. Bei den Funktionsmodulen kann es sich um Hardwaremoduleoder Softwaremodule handeln. Mit anderen Worten kann die Erfindung,soweit es die Datenverarbeitungseinheit4 betrifft, entwederin Form von Computerhardware oder in Form von Computersoftware oderin einer Kombination aus Hardware und Software verwirklicht werden.Soweit die Erfindung in Form von Software verwirklicht ist, werdendie nachfolgend beschriebenen Funktionen durch Computerprogrammanweisungenrealisiert, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird.Die Computerprogrammanweisungen sind dabei auf an sich bekannteArt und Weise in einer beliebigen Programmiersprache verwirklichtund könnender Datenverarbeitungseinheit4 in beliebiger Form bereitgestelltwerden, beispielsweise in Form von Datenpaketen, die über einRechnernetz übertragenwerden, oder in Form eines auf einer Diskette, einer CD-ROM odereinem anderen Datenträgergespeicherten Computerprogrammprodukts.As in the 1 and 2 shown, comprises the positioning system according to the invention 100 a reference frame 2 and a needle holder 3 , In addition, the positioning system includes 100 a data processing unit 4 , The data processing unit 4 is adapted to perform all steps according to the method described herein, which are related to the processing of data. The data are, in particular, data relating to the patient to be treated 5 concern, such as image data, as well as data, the various components of the positioning system 100 concern, in particular position data of the needle holder 3 , the reference framework 2 and optionally the needle 6 , The data processing unit 4 preferably has a number of functional modules explained in more detail below, wherein each functional module is designed to perform a specific function or a number of specific functions according to the described method. The function modules can be hardware modules or software modules. In other words, the invention, as far as the data processing unit 4 be implemented either in the form of computer hardware or in the form of computer software or in a combination of hardware and software. As far as the invention is implemented in the form of software, the functions described below are realized by computer program instructions when the computer program is executed on a computer. The computer program instructions are implemented in a manner known per se in any programming language and can be used by the data processing unit 4 be provided in any form, for example in the form of data packets that are transmitted via a computer network, or in the form of a computer program product stored on a floppy disk, a CD-ROM or other data carrier.

Indem hier besprochenen Ausführungsbeispielhandelt es sich bei der Datenverarbeitungseinheit4 umeinen Standard-Personalcomputer(PC)10 mit einem berührungssensitivenBildschirm (touch screen)7, welcher als Benutzerschnittstelledient. Auf dem PC10 wird eine Navigationssoftware ausgeführt. DerPC10 ist vorzugsweise in einem kleinen beweglichen Trägergestell8 untergebracht,der bei Bedarf einfach innerhalb des Operationsraumes bewegt werdenkann. Darüberhinaus kommt ein in1 lediglich schematisch angedeutetesPatientenfixierungssystem9 zur Anwendung, welches dafür sorgt,daß insbesondere äußere Bewegungendes Patienten5 bestmöglichunterdrücktwerden.In the embodiment discussed here, the data processing unit is 4 to a standard personal computer (PC) 10 with a touch-sensitive screen (touch screen) 7 , which serves as a user interface. On the PC 10 a navigation software is executed. The computer 10 is preferably in a small movable support frame 8th housed, which can be easily moved if necessary within the operating room. In addition, a comes in 1 only schematically indicated patient fixation system 9 for use, which ensures that in particular external movements of the patient 5 be suppressed as possible.

ZurBilderfassung ist das Positionierungssystem100 an einenComputertomographen (CT-Scanner)200 angeschlossen. Beidem CT-Scanner200 handelt es sich beispielsweise um einenScanner vom Typ Sensation64 der Fa. Siemens Medical Solutions(Deutschland). Alternativ kann anstelle des CT-Scanners200 auch ein 3D-C-Bogen-Systemoder ein Magnetresonanz-System zur Bilderfassung verwendet werden.Darüberhinaus sind prinzipiell auch andere bildgebende Verfahren einsetzbar.Wichtig dabei ist lediglich, daß damit eineVolumendarstellung, also ein dreidimensionaler Bilddatensatz desPatienten5 erstellt werden kann. Die Auswahl des geeignetenbildgebenden Verfahrens ist insbesondere von der klinischen Fragestellungabhängig.Die Verwendung eines CT-Scanners200 ist jedoch besondersvorteilhaft, da damit ein Großteilder in Frage kommenden Anwendungen abgedeckt werden kann.For image acquisition is the positioning system 100 to a computer tomograph (CT scanner) 200 connected. With the CT scanner 200 For example, it is a Sensation type scanner 64 the company Siemens Medical Solutions (Germany). Alternatively, instead of the CT scanner 200 Also, a 3D C-arm system or a magnetic resonance imaging system can be used. In addition, in principle, other imaging methods can be used. The important thing is that this is a volume representation, ie a three-dimensional image data set of the patient 5 can be created. The selection of the appropriate imaging method depends in particular on the clinical problem. The use of a CT scanner 200 However, it is particularly advantageous because it can cover a large part of the applications in question.

DasPositionierungssystem100 ist darüber hinaus an ein Ortungssystem(tracking system)300 angeschlossen. Das optische Ortungssystem300 kanndabei als Bestandteil des Positionierungssystems100 angesehenwerden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, den Referenzrahmen2,die Nadelhalterung3 und die Datenverarbeitungseinheit4 alseigentliches „Kern"-Positionierungssystem100 anzusehen,welches mit einem Ortungssystem300 zusammenwirkt.The positioning system 100 is also a tracking system 300 connected. The optical location system 300 can be used as part of the positioning system 100 be considered. However, it is also possible to use the reference frame 2 , the needle holder 3 and the data processing unit 4 as the actual "core" positioning system 100 to look at, which with a tracking system 300 interacts.

Beidem Ortungssystem300 handelt es sich in den dargestelltenAusführungsbeispielum ein passives optisches Ortungssystem, welches die Lage von passivenMarkierungselementen im Raum erfaßt. Beispielsweise kann einSystem vom Typ POLARIS der Fa. NDI, Kanada verwendet werden. Dabeiwird eine spezielle Kamera verwendet zur Aufnahme von dreidimensionalendigitalen Photos des Patienten bzw. der Geräte (Referenzrahmen und Nadelhalterung/Nadel).Anstelle eines passiven optischen Ortungssystems kann jedoch auchein aktives optisches Ortungssystem verwendet werden, bei dem alsMarkierungselemente aktive Infrarot-Marker oder Leuchtdioden verwendetwerden. Wichtig dabei ist lediglich, daß mit Hilfe des Ortungssystems dieLage von Markierungselementen in einem dreidimensionalen Raum erfaßt werdenkönnen.Daher kann anstelle des optischen Ortungssystems auch ein elektromagnetischesOrtungssystem oder dergleichen eingesetzt werden.At the location system 300 In the exemplary embodiment illustrated, this is a passive optical locating system which detects the position of passive marking elements in the room. For example, a POLARIS system from NDI, Canada can be used. A special camera is used for taking three-dimensional digital photos of the patient or the devices (reference frame and needle holder / needle). However, instead of a passive optical locating system, an active optical locating system can also be used in which active infrared markers or light-emitting diodes are used as marking elements. It is important that only with the help of the locating system the location of marking elements can be detected in a three-dimensional space. Therefore, instead of the optical positioning system, an electromagnetic locating system or the like may be used.

Minimalinvasive Eingriffe könntenin vielen Fällenunter lokaler Anästhesiedurchgeführtwerden. Aufgrund der Bewegungen des Patienten5 wird derEingriff jedoch bei den aus dem Stand der Technik bekannten Technikenoft unter Vollnarkose vollzogen. Mit Hilfe eines geeigneten Patientenfixierungssystems9 ermöglicht daserfindungsgemäße PositionierungssystemInterventionen unter Lokalanästhesie.Minimally invasive procedures could in many cases be performed under local anesthesia. Due to the movements of the patient 5 however, in the techniques known in the art, the procedure is often performed under general anesthesia. With the help of a suitable patient fixation system 9 allows the positioning system according to the invention interventions under local anesthesia.

AlsPatientenfixierungssystem hat sich dabei u.a. das System Fixierungssystemder Fa. Medical Intelligence (Deutschland) als besonders geeigneterwiesen. Jedoch könnenauch andere Patientenfixierungssystem verwendet werden. Wichtigdabei ist lediglich, daß einehochgenaue Fixierung des Patienten5 relativ zu dem Referenzrahmen2 sichergestelltist.The system fixation system from Medical Intelligence (Germany) has proven to be particularly suitable as a patient fixation system. However, other patient fixation systems may be used. It is important only that a highly accurate fixation of the patient 5 relative to the reference frame 2 is ensured.

ZurVorbereitung des Eingriffes mit Hilfe des Fixierungssystems wirdder Körperdes auf einem CT-Tisch11 in einer Vakuummatte liegendenPatienten5 mit luftdurchlässigen Kissen bedeckt. Dannwird eine Plastikfolie überden Patienten5 und die Kissen gelegt und mit einer Pumpedie Luft aus den Kissen und der Vakuummatte gesaugt. Dadurch werdendie Kissen und die Vakuummatte hart und passen sich den Körperkonturendes Patienten5 an. Da unfreiwillige Bewegungen des Patientenhiermit vollständigverhindert werden, kann das System mit Lokalanästhesie betrieben werden. EinBetrieb unter Vollnarkose, wie dies bei bekannten Systemen erforderlichist, mit den damit verbundenen Risiken für den Patienten, kann entfallen.Neben einer Verringerung der Patientenbewegungen ermöglicht derEinsatz des Patientenfixierungssystems9 auch eine reproduzierbareRückführung desPatienten in seine Ausgangslage nach einem nicht vorhersehbarenBewegung des Patienten.To prepare for the procedure with the aid of the fixation system, the body of a CT table 11 in a vacuum mat lying patient 5 covered with air-permeable cushions. Then a plastic wrap over the patient 5 and put the pillows and sucked with a pump the air from the pillows and the vacuum mat. This will make the pillows and vacuum mat hard and fit the body contours of the patient 5 at. Since involuntary movements of the patient are thereby completely prevented, the system can be operated with local anesthetics. An operation under general anesthesia, as required in known systems, with the associated risks for the patient, can be omitted. In addition to a reduction in patient movement allows the use of the patient fixation system 9 also a reproducible return of the patient to his original position after an unpredictable movement of the patient.

Anschließend wirdder Referenzrahmen2 positioniert. Der Referenzrahmen2 bestehtaus einem Gestell, das vorzugsweise aus einem Karbon- oder Kunststoffmaterialgefertigt und damit artefaktfrei gegenüber der Bildgebung sowie äußerst robustund pflegeleicht ist, vgl.3. Der Referenzrahmen2 istdabei vorzugsweise derart ausgebildet, daß er an einer beliebigen Stelledes Patienten5 relativ zu dem Patienten5 angeordnetwerden kann, ohne daß einmechanischer Kontakt zu dem Patienten5 besteht. Referenzrahmen2 und Patient5 sindmit anderen Worten vollständigvoneinander abgekoppelt. Hierdurch kann ein hohes Maß an Keimfreiheitgewährleistetwerden. Beispielsweise ist es möglich,den Referenzrahmen2 mit einer sterilen Abdeckung zu versehen.Auch eine Arbeit an offenen Wunden oder dergleichen ist daher problemlosmöglich.Subsequently, the reference frame becomes 2 positioned. The reference frame 2 consists of a frame, which is preferably made of a carbon or plastic material and thus artifact-free compared to the imaging and extremely robust and easy to clean, see. 3 , The reference frame 2 is preferably designed such that it at any point of the patient 5 relative to the patient 5 can be arranged without any mechanical contact with the patient 5 consists. frame of reference 2 and patient 5 in other words are completely disconnected from each other. As a result, a high degree of sterility can be ensured. For example, it is possible to use the reference frame 2 to be provided with a sterile cover. Even a job on open wounds or the like is therefore easily possible.

Indem in3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Referenzrahmen2 skelettartigin Form eines Schlittens ausgeführt.Dabei liegt der Referenzrahmen2 mit seinen unteren, alsAuflageflächendienenden Längsstreben12 aufdem CT-Tisch11 auf und überspannt den Körper desPatienten5 vollständig,ohne ihn zu berühren.Bei einem CT-Scan wird der CT-Tisch11 in Längsrichtung13 aufden CT-Scanner200 zu verfahren und fährt zusammen mit dem Körper desPatienten5 und dem Referenzrahmen2 in den CT-Scanner200 ein.Der Referenzrahmen2 ist daher derart flach ausgeführt, daß ein Einfahrenin den CT-Scanner200 problemlos möglich ist.In the in 3 embodiment shown is the reference frame 2 skeletal running in the form of a carriage. This is the reference frame 2 with its lower, serving as a support surfaces longitudinal struts 12 on the CT table 11 on and spans the patient's body 5 completely without touching it. A CT scan becomes the CT table 11 longitudinal 13 on the CT scanner 200 to proceed and drive together with the patient's body 5 and the reference frame 2 in the CT scanner 200 one. The reference frame 2 is therefore made so flat that a retraction into the CT scanner 200 easily possible.

Ineiner weiteren Ausführungsformder Erfindung (nicht abgebildet) ist der Referenzrahmen derart ausgestaltet,daß erdirekt an dem oder auf dem Patienten befestigt werden kann. DerReferenzrahmen weist dann keine mechanische Verbindung mehr zu demCT-Tisch11 auf. Auch kann durch das Anbringen einer Anzahl vonMarkierungen (nicht abgebildet) am Patienten5, beispielsweiseauf der Haut des Patienten5, überprüft werden, ob sich die Positiondes Referenzrahmens währendder Messung veränderthat.In a further embodiment of the invention (not shown), the reference frame is designed so that it can be attached directly to or on the patient. The reference frame then no longer has a mechanical connection to the CT table 11 on. Also, by attaching a number of markers (not shown) to the patient 5 on the skin of the patient, for example 5 , to check whether the position of the reference frame has changed during the measurement.

Wiein3 dargestellt sind an dem Referenzrahmen2 ersteMarkierungselemente (CT-Marker)14 befestigt. Diese CT-Marker14 sindderart ausgestaltet, daß siein den von dem CT-Scanner200 produzierten CT-Bildernautomatisch erkannt werden können.Insbesondere weisen die CT-Marker14 hierzu einen besondershohen HU (Hounsfield Unit)-Wert auf. Die CT-Marker14 können dabei – wie abgebildet – an derOberflächedes Referenzrahmens2 montiert oder aber im Inneren desReferenzrahmens angeordnet sein (vgl.8).As in 3 are shown on the reference frame 2 first marking elements (CT markers) 14 attached. These CT markers 14 are designed to be in the from the CT scanner 200 produced CT images can be detected automatically. In particular, the CT markers 14 For this purpose, a particularly high HU (Hounsfield Unit) value. The CT markers 14 can - as shown - on the surface of the reference frame 2 mounted or arranged inside the reference frame (see. 8th ).

Darüber hinaussind an der Oberflächedes Referenzrahmens2 zweite Markierungselemente (optischeMarker)15 befestigt. Die optischen Marker15 sindreflektierend ausgeführtderart, daß siedurch ein passiven optisches Ortungssystem300 erkanntwerden können.Besonders vorteilhaft ist die Verwendung reflektierender Kugelnals optische Marker15.In addition, on the surface of the reference frame 2 second marking elements (optical markers) 15 attached. The optical markers 15 are reflective designed such that they pass through a passive optical positioning system 300 can be recognized. Particularly advantageous is the use of reflective spheres as optical markers 15 ,

SowohlCT-Marker14 als auch optische Marker15 sindjeweils in einer definierten geometrischen Anordnung an dem Referenzrahmenangebracht. Sie bilden daher jeweils ein DRF (Dynamic ReferenceFrame)-System zur Bestimmung des Koordinatensystems201 desCT-Scanners200 bzw. des Koordinatensystem301 desoptischen Ortungssystems300 und damit die Grundlage für eine Bild-zu-Patient-Registrierung. Dasowohl CT-Marker14 als auch optische Marker15 festan dem Referenzrahmen2 angebracht sind, ist ihre Lagezueinander definiert. Diese Lageinformationen sind dem Positionierungssystem100 bekannt,so daß ein Abgleichder beiden Koordinatensysteme, nämlichdes Patientenkoordinatensystems201 basierend auf den CT-Datendes CT-Scanners200 einerseits und des Koordinatensystems301 basierendauf den Daten des optischen Ortungssystems300 andererseitserfolgen kann.Both CT markers 14 as well as optical markers 15 are each mounted in a defined geometric arrangement on the reference frame. They therefore each form a DRF (Dynamic Reference Frame) system for determining the coordinate system 201 of the CT scanner 200 or the coordinate system 301 of the optical positioning system 300 and thus the basis for an image-to-patient registration. Because both CT markers 14 as well as optical markers 15 firmly attached to the reference frame 2 are attached, their position is defined to each other. This position information is the positioning system 100 so that a balance of the two coordinate systems, namely the patient coordinate system 201 based on the CT data of the CT scanner 200 on the one hand and the coordinate system on the other 301 based on the data of the optical positioning system 300 on the other hand can be done.

DieNadelhalterung3 ist derart ausgeführt, daß ein beliebiges medizinischesInstrument, wie beispielsweise eine Biopsienadel oder eine Kanüle, schnellund auf einfache Art und Weise befestigt und wieder demontiert werdenkann. Dadurch könnenBiopsienadeln oder Kanülenauf einfache Art und Weise auch während des Eingriffes in dasSystem integriert werden. In dem Ausführungsbeispiel handelt es sichbei dem Instrument um eine Punktionsnadel6. Die Nadel6 wirdin der Nadelhalterung3 im Bereich ihres proximalen Endes über eineAufnahme- oder Haltevorrichtung16 gehalten. Die Nadelhalterung3 weistdarüberhinaus einen Montagearm17 auf, an dessen einem Ende dieAufnahme- oder Halteeinrichtung16 befestigt ist. DieserMontagearm17 ist mit seinem anderen Ende über einenBefestigungsflansch18 an dem Referenzrahmen2 befestigbar.Der Montagearm17 kann jedoch beispielsweise auch an demCT-Tisch11 des CT-Scanners200 montiert werden.The needle holder 3 is designed so that any medical instrument, such as a biopsy needle or a cannula, can be quickly and easily attached and disassembled. This allows biopsy needles or cannulas to be easily integrated into the system during surgery. In the exemplary embodiment, the instrument is a puncture needle 6 , The needle 6 is in the needle holder 3 in the region of its proximal end via a receiving or holding device 16 held. The needle holder 3 also has a mounting arm 17 on, at one end of the receiving or holding device 16 is attached. This mounting arm 17 is with its other end via a mounting flange 18 on the reference frame 2 fixable. The mounting arm 17 However, for example, you can also use the CT table 11 of the CT scanner 200 to be assembled.

DieNadelhalterung3 weist zwei unabhängig voneinander betätigbareDrehgelenke19,19' auf,wodurch die Nadelhalterung3 schnell und genau auf diegeplante Trajektorie ausgerichtet werden kann. Dabei ist eines derDrehgelenke19 als Teil des Montagearmes17 ausgebildet,währenddas andere Drehgelenk19' inbzw. an der Aufnahme- oderHalteeinrichtung16 vorgesehen ist. Beide Drehgelenke19,19' sind in beliebigenPositionen feststellbar. Die Nadelhalterung3 verfügt somitvorzugsweise übersechs Freiheitsgrade, so daß sieauf einfache Art und Weise in der Nähe des Patienten5 undinsbesondere in der Näheder Eintrittsstelle positioniert werden kann. Von der Aufnahme- oder Halteeinrichtung16,in der in den dargestellten Ausführungsbeispielenstets eine Punktionsnadel6 gehalten wird, erstreckt sicheine Auflageschiene21, auf welcher die Nadel6 geführt wird.The needle holder 3 has two independently operable swivel joints 19 . 19 ' on, causing the needle holder 3 can be aligned quickly and accurately to the planned trajectory. This is one of the swivel joints 19 as part of the mounting arm 17 trained while the other swivel joint 19 ' in or on the receiving or holding device 16 is provided. Both hinges 19 . 19 ' can be detected in any position. The needle holder 3 thus preferably has six degrees of freedom, so that they are in a simple manner in the vicinity of the patient 5 and in particular can be positioned near the entry point. From the receiving or holding device 16 in which in the illustrated embodiments always a puncture needle 6 is held, a support rail extends 21 on which the needle 6 to be led.

Ineiner alternativen Ausführungsformsind die Nadelhalterung3 und/oder der Referenzrahmen2 an einemhydraulischen Montagearm (nicht dargestellt) befestigt. Dann istes besonders einfach, sowohl Nadelhalterung3 als auchReferenzrahmen2 an jeder beliebigen Position am Patienten5 anzuordnen.In an alternative embodiment, the needle holder 3 and / or the reference frame 2 attached to a hydraulic mounting arm (not shown). Then it is especially easy, both needle holder 3 as well as reference frame 2 at any position on the patient 5 to arrange.

Auchan der Nadelhalterung3 sind optische Marker15 angebracht.Diese entsprechen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel denjenigen optischenMarkern15, wie sie bereits bei dem Referenzrahmen2 verwendetwurden. Die optischen Marker15 sind dabei derart an derNadelhalterung3 angebracht, daß dem Positionierungssystem100 durch Übertragungder entsprechenden Lageinformationen der Marker15 sowohldie Lage eines Rotationspunktes22 der Nadelhalterung3 alsauch die Lage der durch den Rotationspunkt22 verlaufendenNadelachse23 bekannt ist. Bei dem Rotationspunkt22 handeltes sich dabei um den Punkt, um den die Nadelhalterung3 später während desAusrichtevorgangs rotiert wird. Zusätzlich sind der Nadel6 selbst eineAnzahl weiterer optischer Marker15 zugeordnet, um diespätereEindringtiefe der Nadel6 bestimmen zu können. Imvorliegenden Ausführungsbeispielbefinden sich die weiteren optischen Marker15 an einemAuflageelement24, welches auf dem distalen Ende25 derNadel6 aufliegt und an der Auflageschiene21 verschiebbarangeordnet ist derart, daß beieinem Eindringen der Nadel6 in den Körper des Patienten5 zugleich auchdas Auflageelement24 und damit die optischen Marker15 verschobenwerden könnenoder sich selbst verschieben.Also on the needle holder 3 are optical markers 15 appropriate. These correspond in the embodiment shown those optical markers 15 as they already are in the frame of reference 2 were used. The optical markers 15 are doing so on the needle holder 3 attached to the positioning system 100 by transmitting the corresponding position information of the marker 15 both the location of a point of rotation 22 the needle holder 3 as well as the location of the point of rotation 22 extending needle axis 23 is known. At the rotation point 22 this is the point around the needle holder 3 is later rotated during the alignment process. In addition, the needle 6 even a number of other optical markers 15 assigned to the subsequent depth of penetration of the needle 6 to be able to determine. In the present exemplary embodiment, the further optical markers are located 15 on a support element 24 which is on the distal end 25 the needle 6 rests and on the support rail 21 slidably disposed is such that upon penetration of the needle 6 in the body of the patient 5 at the same time also the support element 24 and with it the optical markers 15 can be moved or move itself.

Sowohldie CT-Marker14 als auch die optischen Marker15 sindjeweils in einer definierten geometrischen Anordnung an dem Referenzrahmen2 bzw.an der Nadelhalterung3 befestigt, so daß anhandder Marker14,15 eine Lagebestimmung im dreidimensionalenRaum bzw. im Patientendatensatz eindeutig möglich ist. Vorzugsweise sindzu diesem Zweck an jedem Gerätjeweils mindestens drei Marker14,15 eines Typs vorgesehen.Die Anzahl der an dem Referenzrahmen2 vorgesehenen CT-Marker14 istjedoch vorzugsweise höher,damit auch dann eine eindeutige Zuordnung möglich ist, wenn nicht der gesamteReferenzrahmen2, sondern lediglich ein Teil des Referenzrahmens2 unddamit auch nur ein Teil der CT-Marker14 durch den CT-Scanerfaßtwird.Both the CT markers 14 as well as the optical markers 15 are each in a defined geometric arrangement on the reference frame 2 or on the needle holder 3 attached, so that by the markers 14 . 15 a position determination in three-dimensional space or in the patient data set is clearly possible. Preferably, at least three markers are each for this purpose on each device 14 . 15 of a type provided. The number of the reference frame 2 provided CT markers 14 However, it is preferably higher, so that even then a clear assignment is possible, if not the entire frame of reference 2 but only part of the frame of reference 2 and therefore only part of the CT markers 14 is detected by the CT scan.

Dasoptische Ortungssystem300 dient dazu, mit Hilfe der optischenMarker15 die Lage des Referenzrahmens2 und derNadelhalterung3 im Operationsraum festzustellen. Hierzuwird die Lage der Nadelhalterung3 relativ zu dem Referenzrahmen2 bestimmt.Alle erforderlichen 3D-Koordinaten werden von dem optischen Ortungssystem300 zudem PC10 unter Verwendung der seriellen PC-Schnittstelle26 übermittelt.The optical location system 300 serves to help with the help of optical markers 15 the location of the reference framework 2 and the needle holder 3 in the operating room. For this, the position of the needle stops tion 3 relative to the reference frame 2 certainly. All required 3D coordinates are from the optical location system 300 to the pc 10 using the serial PC interface 26 transmitted.

Umein medizinisches Instrument, beispielsweise die Nadel6,in den CT-Bildern des Patienten5 zu visualisieren, isteine Bild-zu-Patient-Registrierung erforderlich. Ist der Patient5 fixiert,wird daher der Referenzrahmen2 vor dem ersten CT-Scan in unmittelbarerNähe desgeplanten Eintrittspunktes positioniert. Dabei erfolgt die Positionierungdes Referenzrahmens2 insbesondere derart, daß sich möglichstviele CT-Marker14 in der Nähe des Eintrittspunktes befinden.To a medical instrument, such as the needle 6 , in the patient's CT images 5 Visualization requires image-to-patient registration. Is the patient 5 fixed, therefore becomes the reference frame 2 positioned in the immediate vicinity of the planned entry point before the first CT scan. The positioning of the reference frame takes place 2 in particular such that as many CT markers as possible 14 located near the entry point.

Vordem ersten CT-Scan werden die Positionen der einzelnen Geräte zueinanderund zu dem Patienten5 kontrolliert, um sicherzustellen,daß später einekorrekte Auswertung möglichist. Diese Kontrolle dient vor allem dazu, unnötige Wiederholungen des CT-Scansund damit unnötigeStrahlenbelastungen des Patienten5 zu vermeiden.Before the first CT scan, the positions of each device to each other and to the patient 5 checked to ensure that later a correct evaluation is possible. This control is mainly used to unnecessary repetition of the CT scan and thus unnecessary radiation exposure of the patient 5 to avoid.

Während desnun folgenden CT-Übersichtsscanswird ein Bildfeld (field of view) bestimmt derart, daß sich während desCT-Scans vorzugsweise alle CT-Marker14 innerhalb des Bildfeldesbefinden. Zumindest drei CT-Marker14 müssen sich jedoch in dem Bildfeldbefinden, damit eine eindeutige Positionsbestimmung möglich ist.During the following CT scan, a field of view is determined such that during CT scan, preferably all CT markers 14 within the image field. At least three CT markers 14 However, they must be in the image field so that a clear position determination is possible.

DerCT-Scanner200 rekonstruiert aus den Scandaten eine 3D-Darstellung des Patienten5.Nachdem der CT-Scan durchgeführtund die 3D-Darstellung erstellt wurde, werden die CT-Bilder in Formvon Schichtbildern an das Positionierungssystem100 übertragen.Die Übertragungund das Laden der CT-Bilder von dem CT-Scanner200 erfolgtvorzugsweise vollautomatisch. Jedoch ist es ebenfalls möglich, daß vor der Übertragungder CT-Bilder eine Vorauswahl durch den Anwender, beispielsweiseeinem Radiologen, getroffen wird.The CT scanner 200 reconstructs a 3D representation of the patient from the scan data 5 , After the CT scan has been performed and the 3D image has been created, the CT images are displayed in the form of slice images to the positioning system 100 transfer. The transfer and loading of the CT images from the CT scanner 200 is preferably fully automatic. However, it is also possible that pre-selection by the user, for example a radiologist, will be made prior to transmission of the CT images.

Für den Datenaustauschzwischen dem Positionierungssystem100 und dem CT-Scanner200 über dasinterne Netzwerk des Krankenhauses ist eine Kommunikationssoftwarevorgesehen, die unter Verwendung eines DICOM (Digital Imaging andCommunications in Medicine)-Netzes27 mit Hilfe einer TCP/IP-Verbindung28 eineBildübertragungermöglicht,einschließlichder damit verbundenen Verifikations-, Speicher-, Anfrage- und Abrufdienste.Diese Kommunikationssoftware ist als Hintergrundprozeß implementiertund derart eingerichtet, daß CT-Bilderempfangen werden, sobald die Navigationssoftware ausgeführt wird.For data exchange between the positioning system 100 and the CT scanner 200 A communication software is provided through the hospital's internal network using a DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) network 27 using a TCP / IP connection 28 enables image transmission, including the associated verification, storage, request and retrieval services. This communication software is implemented as a background process and arranged to receive CT images as soon as the navigation software is executed.

DerEinsatz von Standard-Kommunikationsverbindungen, wie die TCP/IP-Netzwerkverbindungendes Positionierungssystems100 mit dem CT-Scanner200 unddas DICOM-Protokoll, ermöglicheneinen herstellerunabhängigenund komfortablen Bildtransfer in beide Richtungen.The use of standard communication links, such as the TCP / IP network connections of the positioning system 100 with the CT scanner 200 and the DICOM protocol, enable vendor-independent and convenient image transfer in both directions.

AlsNavigationssoftware kommt vorzugsweise die von der Patentanmelderinentwickelte Software CAPPA IRAD zur Anwendung. Die Navigationssoftwareist modular aufgebaut und verfügtu.a. überein Eingangs- und Ausgangsmodul31, ein Berechnungsmodul32 undein Anzeigemodul33. Dabei ist das Eingangs- und Ausgangsmodul31 ausgebildetzum Empfangen und Senden von Daten an angeschlossene Geräte bzw. Systemeund das Anzeigemodul33 dient zur Übermittlung von Informationenan den Anwender. Hierzu umfaßt dasAnzeigemodul33 eine Steuereinheit40, die ausgebildetist zur Ansteuerung des berührungssensitiven Bildschirms7,wobei zur Benutzerführungund Interaktion mit dem Anwender ein graphisches Benutzerinterface(GUI) zum Einsatz kommt. Das Berechnungsmodul32 weisteine Anzahl von Untermodulen auf, u.a. ein Registrierungsmodul34,ein Planungsmodul35 und ein Navigationsmodul36.Diese Module sind im weitesten Sinne zur Verarbeitung von Datenausgebildet, wobei das Registrierungsmodul34 ausgebildetist u.a. zur Durchführungder Bild-zu-Patient-Registrierung, das Planungsmodul35 ausgebildetist u.a. zum Planen einer den Zugangsweg beschreibenden Trajektorieund das Navigationsmodul36 ausgebildet ist u.a. zum Navigierender Nadel6 im Körperdes Patienten5. Darüberhinaus umfaßtdie Navigationssoftware eine Anzahl weiterer Funktionsmodule (nichtabgebildet), die fürdie Datenverarbeitung im Sinne der Erfindung ausgebildet sind.The navigation software used is preferably the CAPPA IRAD software developed by the patent applicant. The navigation software has a modular structure and has, among other things, an input and output module 31 , a calculation module 32 and a display module 33 , Here is the input and output module 31 configured to receive and send data to connected devices or systems and the display module 33 is used to transmit information to the user. This includes the display module 33 a control unit 40 , which is designed to control the touch-sensitive screen 7 , wherein for user guidance and interaction with the user, a graphical user interface (GUI) is used. The calculation module 32 has a number of sub-modules, including a registration module 34 , a planning module 35 and a navigation module 36 , These modules are in the broadest sense designed for processing data, with the registration module 34 is designed, inter alia, to carry out the image-to-patient registration, the planning module 35 is designed, inter alia, for planning a trajectory describing the access path and the navigation module 36 is designed, inter alia, to navigate the needle 6 in the body of the patient 5 , In addition, the navigation software includes a number of other functional modules (not shown), which are designed for data processing in the context of the invention.

Derdurch das Anzeigemodul33 angesteuerte Bildschirm7 ist,ebenso wie optionale angeschlossene weitere Eingabegeräte, wieeine Computermaus, eine externe Tastatur oder dergleichen, mit demPC10 verbunden und derart ausgebildet, daß mit Hilfedieser Eingabegeräteeine Dateneingabe und/oder Steuerung der Navigationssoftware bzw.des Positionierungssystems100 sowie vorzugsweise auchder an das Positionierungssystem100 angeschlossenen Systeme(insbesondere CT-Scanner200 und Ortungssystem300)und somit des gesamten Navigationsverfahrens möglich ist.The through the display module 33 controlled screen 7 is, as well as optionally connected other input devices, such as a computer mouse, an external keyboard or the like, with the PC 10 connected and designed such that with the help of these input devices, a data input and / or control of the navigation software and the positioning system 100 and preferably also to the positioning system 100 connected systems (in particular CT scanner 200 and location system 300 ) and thus the entire navigation process is possible.

Nachdem Empfang der CT-Bilder werden diese in Schnittbilder-Ansichten (koronal,sagittal, transversal) durch die Steuereinheit40 in demAnzeigemodul33 der Navigationssoftware visualisiert. Vorder Visualisierung werden alle CT-Bilder durch das Positionierungssystem100 durchein weiteres Funktionsmodul dahingehend überprüft, daß eine Übereinstimmung hinsichtlichder Patientendaten besteht. So wird verhindert, daß fälschlicherweiseBilddaten eines anderen Patienten angezeigt werden. Vorzugsweiseist durch ein weiteres Funktionsmodul auch eine Überprüfung der übertragenen Bildanzahl vorgesehen,um eine vollständigeDatenübertragungvon dem CT-Scanner200 zu dem Positionierungssystem100 zu überprüfen undeinen eventuellen Ausfall des Krankenhaus-Kommunikationsnetzes rechtzeitigfestzustellen. Darüberhinaus werden die CT-Bilder durch den Anwender überprüft und mittels eines weiterenFunktionsmoduls in dem Positionierungssystem100 abgespeichert.Mit Hilfe der abgespeicherten CT-Bilder ist später während des Eingriffes ein schneller Überblick über dieCT-Daten möglich.After receiving the CT images, these are displayed in sectional views (coronal, sagittal, transver sal) by the control unit 40 in the display module 33 visualized by the navigation software. Before visualization, all CT images are taken through the positioning system 100 checked by another function module to the effect that there is a match in terms of patient data. This will prevent erroneous display of image data from another patient. Preferably, a further function module also provides a check of the transmitted image number in order to ensure complete data transmission from the CT scanner 200 to the positioning system 100 check and detect a possible failure of the hospital communication network in good time. In addition, the CT images are checked by the user and by means of another functional module in the positioning system 100 stored. With the aid of the stored CT images, a quick overview of the CT data is possible later during the procedure.

ImAnschluß andie Übertragungder CT-Bilder zu dem Positionierungssystem100 über die TCP/IP-Schnittstelle28 wirdvorzugsweise selbsttätigein in dem Registierungsmodul34 integrierter Markererkennungsalgorithmusausgeführt,welcher die CT-Marker14 in dem Patientendatensatz erkenntund die Markermittelpunkte mit einer Genauigkeit im Sub-Voxelbereich bestimmt.Für dieseMarkererkennung ist ein spezielles Markererkennungsmodul34a innerhalbdes Registrierungsmoduls34 vorgesehen. Für die Bild-zu-Patient-Registrierung werdenanschließenddie Koordinaten der CT-Marker14 indem Patientenkoordinatensystem201 und die Koordinatender CT-Marker14 in dem Koordinatensystem301 desoptischen Ortungssystems300 durch das Registrierungsmodul34 miteinanderabgeglichen. Dabei wird eine Registrierungsmatrix erzeugt. Hierzuweist das Registrierungsmodul ein spezielles Abgleichmodul34b.Im Anschluß andiesen Abgleich der beiden Marker-Gruppen besteht ein fixer Zusammenhangzwischen den CT-Bildern und dem Patienten5. Der gesamteRegistrierungsvorgang erfolgt dabei vorzugsweise vollautomatisch.Ist der automatische Abgleich nicht erfolgreich, erfolgt eine Fehlermeldung über dasAnzeigemodul33, welches zu diesem Zweck von dem Registrierungsmodul34 angesteuertwird. Ein Abgleich der einzelnen Markerpositionen zueinander kanndann auch manuell durch den Anwender erfolgen.Following the transfer of the CT images to the positioning system 100 via the TCP / IP interface 28 is preferably automatically in the registration module 34 integrated marker detection algorithm that runs the CT markers 14 recognizes in the patient record and determines the marker centers with a sub-voxel accuracy. For this marker recognition is a special marker recognition module 34a within the registration module 34 intended. For image-to-patient registration, the coordinates of the CT markers are then used 14 in the patient coordinate system 201 and the coordinates of the CT markers 14 in the coordinate system 301 of the optical positioning system 300 through the registration module 34 compared with each other. In doing so, a registration matrix is generated. For this purpose, the registration module has a special matching module 34b , Following this alignment of the two marker groups, there is a fixed relationship between the CT images and the patient 5 , The entire registration process is preferably fully automatic. If the automatic adjustment is unsuccessful, an error message is issued via the display module 33 which for this purpose is provided by the registration module 34 is controlled. An adjustment of the individual marker positions to each other can then also be done manually by the user.

Nunerfolgt die Planung des Zugangsweges mit Hilfe des Planungsmoduls32.Der Anwender definiert hierzu eine Trajektorie. Dies erfolgt beieiner geradlinigen Trajektorie im einfachsten Fall durch Festlegeneines Zielpunktes und eines Eintrittspunktes in der 3D-Darstellungdes Patienten5.The planning of the access route now takes place with the aid of the planning module 32 , The user defines a trajectory for this purpose. This is done in a straight-line trajectory in the simplest case by specifying a target point and an entry point in the 3D representation of the patient 5 ,

5 zeigtein Beispiel einer solchen Planung anhand einer Bildschirmdarstellung.Dargestellt ist ein Teil des Körpersdes Patienten5 mit einem Zielgebiet37 aus dembeispielsweise eine Gewebeprobe entnommen werden soll. Dieses Zielgebiet37 liegtinnerhalb einer ersten Gewebeart38. Der Anwender bestimmtzunächstden Zielpunkt39 und einen ersten Eintrittspunkt41,wodurch eine Trajektorie42 festgelegt wird. Dabei verläuft dieseerste Trajektorie42 jedoch durch eine zweite Gewebeart43 desPatienten5, die nicht beschädigt werden soll. Daher wählt derAnwender zu dem gleichen Zielpunkt39 einen zweiten Eintrittspunkt44 aus,der von dem ersten Eintrittspunkt41 ausreichend beabstandetist. Die sich somit ergebende zweite Trajektorie45 verläuft vondem Eintrittspunkt44 zu dem gewünschten Zielpunkt39 vollständig durchdie erste Gewebeart38 und kann daher für den tatsächlichen Eingriff verwendetwerden. 5 shows an example of such planning based on a screen display. Shown is part of the patient's body 5 with a destination area 37 from the example, a tissue sample to be taken. This target area 37 lies within a first type of tissue 38 , The user first determines the destination point 39 and a first entry point 41 , creating a trajectory 42 is determined. This first trajectory runs 42 however, by a second type of fabric 43 of the patient 5 that should not be damaged. Therefore, the user selects to the same destination 39 a second entry point 44 off, from the first entry point 41 is sufficiently spaced. The resulting second trajectory 45 runs from the entry point 44 to the desired destination 39 completely through the first type of tissue 38 and can therefore be used for the actual intervention.

DasPlanen der Trajektorie45 erfolgt mit anderen Worten anhandder Darstellung der Patientendaten, oder anders ausgedrückt in demPatientendatensatz. Eintritts- und Zielpunkt44,39 werdendabei entweder durch eine Computermaus oder mit Hilfe des berührungssensitivenBildschirms7 festgelegt. Der Zielpunkt kann sich dabeiin weichem Gewebe oder auch an oder in einem Knochen befinden. Eskönnenauch Trajektorien geplant werden, welche nicht geradlinig verlaufen.Planning the trajectory 45 in other words, based on the representation of the patient data, or in other words in the patient record. Entry and destination point 44 . 39 are either by a computer mouse or with the help of the touch-sensitive screen 7 established. The target point may be located in soft tissue or on or in a bone. It is also possible to plan trajectories that are not straightforward.

Darüber hinauskönnendurch den Anwender eine Anzahl von Kontrollpunkten46 festgelegtwerden. Erreicht währenddes Eingriffes die Nadel6 einen der Kontrollpunkte46,kann eine Kontrollaufnahme mit dem CT-Scanner200 zur Überprüfung derNadelposition erfolgen. Selbstverständlich ist die Durchführung derKontrollscans nicht an das Erreichen der Kontrollpunkte46 gebunden.CT-Scans könnenvielmehr zu beliebigen Zeitpunkten durchgeführt werden.In addition, by the user a number of control points 46 be determined. Reaches the needle during the procedure 6 one of the checkpoints 46 , can take a control shot with the CT scanner 200 to check the needle position. Of course, the execution of the control scans is not the achievement of the control points 46 bound. CT scans can be performed at any time.

DasGUI bzw. die Steuereinheit40 der Navigationssoftware istdabei derart programmiert, daß eine intuitiveBenutzung der Navigationssoftware durch den Anwender möglich ist.In dem Planungsmodul35 sind neben den Standard-Schichtbilder-Ansichten eine Vielzahlvon weiteren Planungsfunktionen verwirklicht, beispielsweise schräge Schnittbilderund das genaue Planen von Trajektorien mit Sub-Voxel-Genauigkeit.SchrägeSchnittbilder, also Schnittbilder, die schräg durch Standard-Schichtbilder-Ansichtenverlaufen, werden dabei durch das Planungsmodul35 desPositionierungssystems100 im Patientendatensatz berechnet.The GUI or the control unit 40 The navigation software is programmed so that an intuitive use of the navigation software by the user is possible. In the planning module 35 In addition to the standard slice views, a large number of further planning functions are realized, for example oblique slice images and the precise planning of trajectories with sub-voxel accuracy. Oblique sectional images, ie sectional images that run obliquely through standard slice images, are thereby passed through the planning module 35 of the positioning system 100 calculated in the patient record.

Esist darüberhinaus möglich,beliebige schrägeTrajektorien zu planen. Das Planungsmodul35 erlaubt mitanderen Worten nicht nur die Planung von Trajektorien45,welche in einer oder zwei quer liegenden CT-Schichten liegen, sondernauch die Planung solcher Trajektorien, welche schräg durchdas gesamte gescannte 3D-Volumen des Patientendatensatzes laufen.Schrägverlaufende Trajektorien im Patientendatensatz können unter Zuhilfenahme derschrägverlaufenden Schnittbilder abgebildet werden. Somit lassen sich umliegendeStrukturen an der Trajektorie mit einem Blick beurteilen.It is also possible to plan any oblique trajectories. The planning module 35 he in other words, not just the planning of trajectories 45 which lie in one or two transverse CT slices, but also the planning of such trajectories which run obliquely through the entire scanned 3D volume of the patient dataset. Oblique trajectories in the patient data set can be imaged with the aid of the oblique slice images. Thus, surrounding structures on the trajectory can be assessed at a glance.

DerZugangsweg wird mit anderen Worten von dem Planungsmodul35 berechnetund von der Steuereinheit40 des Anzeigemoduls33 dreidimensionalam Bildschirm7 dargestellt. Er kann somit von dem Anwendersehr einfach überprüft werden.Dabei ist es beispielsweise möglichfestzustellen, ob die spätereinzuführendeNadel auf ihrem Weg zu dem Zielpunkt unerwünschten Kontakt mit Gewebeteilen,beispielsweise inneren Organen, oder Knochen haben wird. Hierzusind eine Vielzahl verschiedener Kontrollansichten durchführbar. Unteranderem ist eine Ansicht möglich,bei welcher der Zugangsweg aus der Sicht der Nadel6 abgefahrenwird. Anderer Ansichten sind Standard-Schichtbilder-Ansichten, freidefinierbare Schichtbilder-Ansichten, und Feste-Nadel-Schichtbilder.Bei Bedarf kann durch eine virtuelle Änderung der Eintrittsstelleder Verlauf der Trajektorie im Planungsmodul35 abgeändert undder Zugangsweg erneut überprüft werden.In other words, the access path becomes the planning module 35 calculated and from the control unit 40 of the display module 33 three-dimensional on the screen 7 shown. It can therefore be easily checked by the user. It is for example possible to determine whether the needle to be introduced later on its way to the target point undesirable contact with tissue parts, such as internal organs, or bone will have. For this purpose, a variety of different control views are feasible. Among other things, a view is possible in which the access path from the point of view of the needle 6 is traversed. Other views include standard slice views, free definable slice views, and fixed-needle slice images. If necessary, by a virtual change of the entry point of the course of the trajectory in the planning module 35 changed and the access route is checked again.

VonVorteil bei dieser Art der Trajektorienplanung ist es, daß eine beliebigeAnzahl von Trajektorien virtuell geplant werden können, ohnedaß tatsächlich eineSchädigungvon Patientengewebe erfolgt. So kann der Anwender einen einerseitsfür denjeweiligen Eingriff bzw. die jeweilige Therapie und andererseitsfür den Patienten5 optimalenZugangsweg finden.An advantage of this type of trajectory planning is that any number of trajectories can be virtually planned without actually damaging patient tissue. So the user can on the one hand for the respective intervention or the respective therapy and on the other hand for the patient 5 find the optimal access route.

Umzu verhindern, daß derPatient5 währendder Planung des Zugangsweges von einer möglichen Unterhaltung der beteiligtenPersonen Kenntnis erlangt, ist es in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel derErfindung vorteilhafterweise vorgesehen, die Trajektorienplanungan einer räumlichgetrennten Planungsstation durchzuführen, welche vorzugsweise ineinem separaten Raum aufstellbar ist. Für diesem Fall ist ein Teilder Navigationssoftware, insbesondere das Planungsmodul35,derart ausgeführt,daß esauch getrennt von den übrigenModulen ausführbarist. Dabei bleibt die Datenübertragungzwischen den Modulen innerhalb der Navigationssoftware unverändert möglich, beispielsweise über einedirekte Datenverbindung zwischen den die jeweiligen Module ausführendenRechnern.To prevent the patient 5 During the planning of the access path of a possible entertainment of the persons involved attained knowledge, it is advantageously provided in an embodiment of the invention, not shown, to carry out the trajectory planning at a spatially separate planning station, which is preferably set up in a separate room. In this case, part of the navigation software, in particular the planning module 35 , designed so that it is also executable separately from the other modules. The data transfer between the modules within the navigation software remains unchanged, for example via a direct data connection between the computers executing the respective modules.

DasanschließendeAusrichten der Nadel6 entsprechend der geplanten Trajektoriesowie die Navigation der Nadel6 im Patienten5 kannauf zwei verschiedene Arten erfolgen.The subsequent alignment of the needle 6 according to the planned trajectory as well as the navigation of the needle 6 in the patient 5 can be done in two different ways.

Ineinem ersten Ausführungsbeispielwird die Nadelhalterung3 lediglich auf die zuvor geplanteTrajektorie45 ausgerichtet, ohne daß die Nadellänge durchdas Anzeigemodul33 in dem Patientendatensatz angezeigtwird. Stattdessen erfolgt eine Darstellung der Nadel6 außerhalbdes Patienten5 und das Navigationsmodul36 führt denAnwender lediglich währenddes Ausrichtens der Nadelhalterung3. Während des Nadelvorschubes können optischeMarkierungen, beispielsweise Farbcodes, an der Nadel6 verwendetwerden, um Informationen überdie Eindringtiefe zu erhalten.In a first embodiment, the needle holder 3 only on the previously planned trajectory 45 aligned without the needle length through the display module 33 is displayed in the patient record. Instead, a representation of the needle takes place 6 outside the patient 5 and the navigation module 36 guides the user only while aligning the needle holder 3 , During needle feed, optical markers, such as color codes, can be placed on the needle 6 used to get information about the penetration depth.

DasAusrichten selbst erfolgt dabei in zwei Teilschritte. Zunächst bewegtder Anwender die Nadelhalterung3 in die Nähe der vorgesehenenEintrittsstelle. Hierbei wird er von dem Navigationsmodul36 dadurch geführt, daß die Lageder Nadelhalterung3 in dem Patientendatensatz auf demBildschirm7 abgebildet ist. Das Hinführen der Nadelhalterung3 anden Eintrittspunkt44 erfolgt unter Nutzung des Montagearmes17 und derDrehgelenke19,19' unddauert zumeist weniger als 10 Sekunden. Der erste Schritt wird damitabgeschlossen, daß derAnwender den Rotationspunkt22 der Nadelhalterung3 aufeine beliebige Stelle der auf dem Bildschirm7 abgebildetenTrajektorie45 legt.The alignment itself is done in two steps. First, the user moves the needle holder 3 near the intended entry point. Here he is from the navigation module 36 guided by the fact that the position of the needle holder 3 in the patient record on the screen 7 is shown. Introducing the needle holder 3 to the entry point 44 done using the mounting arm 17 and the swivel joints 19 . 19 ' and usually lasts less than 10 seconds. The first step is completed with the user turning the rotation point 22 the needle holder 3 anywhere on the screen 7 pictured trajectory 45 sets.

In6 isteine Bildschirmabbildung dargestellt, wie sie dem Anwender von demNavigationsmodul36 mit Hilfe der Steuereinheit40 andieser Stelle des Verfahrens präsentiertwird. In einem durch eine X-Achse47 und eine Y-Achse48 aufgespanntenzweidimensionalen Koordinatensystem wird die Position der Trajektorie45 alsSoll-Position der Nadelhalterung3 in Form eines ersteKreises49 dargestellt. Darüber hinaus erfolgt die Abbildungder Ist-Position des Rotationspunktes22 der Nadelhalterung3,ebenfalls in Form eines Kreises51. Dabei ist die Soll-Positionmit einer durchgezogenen Linie und die Ist-Position mit einer durchbrochenen Liniedargestellt. Auf dem Bildschirm7 werden zur Kennzeichnungvon Soll- und Ist-Position vorzugsweise unterschiedlich farbigeDarstellungen verwendet. Der erste Schritt ist abgeschlossen, wennder zweite Kreis51 auf dem ersten Kreis49 liegt.In 6 a screen shot is shown as presented to the user by the navigation module 36 with the help of the control unit 40 presented at this point of the procedure. In one through an X-axis 47 and a Y-axis 48 spanned two-dimensional coordinate system becomes the position of the trajectory 45 as the target position of the needle holder 3 in the form of a first circle 49 shown. In addition, the mapping of the actual position of the rotation point takes place 22 the needle holder 3 , also in the form of a circle 51 , The target position is shown by a solid line and the actual position by a broken line. On the screen 7 For the indication of desired and actual position preferably different colored representations are used. The first step is completed when the second circle 51 on the first circle 49 lies.

Anschließend wirdunter Nutzung der zwei verbliebenen Raumachsen die Nadelhalterung3 ausgerichtetderart, daß die Nadelachse23 aufder geplanten Trajektorie45 liegt. Das Navigationsmodul36 gibtdem Anwender hierbei wichtige Informationen, wie die Nadelhalterung3 mittelsder beiden Drehgelenke19,19' bewegt werden muß. Insbesonderewerden überden Bildschirm7 Angaben über die aktuelle Entfernungzum Eintrittspunkt44 und Angaben zu richtigen Eintrittswinkelausgegeben. Mit etwas Übungerfolgt das Ausrichtung der Nadelhalterung3 in wenigerals 10 Sekunden.Then, using the two remaining spatial axes, the needle holder 3 aligned such that the needle axis 23 on the planned trajectory 45 lies. The navigation module 36 gives that Users here important information, such as the needle holder 3 by means of the two swivel joints 19 . 19 ' must be moved. In particular, be on the screen 7 Information about the current distance to the entry point 44 and information about correct entrance angle issued. With a little practice, the alignment of the needle holder takes place 3 in less than 10 seconds.

In7 isteine weitere Bildschirmabbildung dargestellt, wie sie in dieserSituation dem Anwender präsentiertwird. In dem bereits beschriebenen Koordinatensystem werden jeweilsdie Soll-Position52 der Nadelachse23 auf derX-Achse47 und die Soll-Position53 der Nadelachse23 aufder Y-Achse dargestellt48. Darüber hinaus erfolgt die Abbildungder Ist-Positionder Nadelachse23, ebenfalls in Form einer Ist-Position54 aufder X-Achse47 und einer Ist-Position55 auf derY-Achse48. In7 sind die Soll-Positionen52,53 mitdurchgezogener Linie und die Ist-Positionen54,55 mitdurchbrochenen Linien dargestellt. In der Realität werden zur Kennzeichnungvon Soll- und Ist-Positionen vorzugsweise unterschiedlich farbigeDarstellungen verwendet. Der zweite Schritt ist abgeschlossen, wenndie beiden Ist-Positionen54,55 durch Verschiebenin Korrekturrichtung56 bzw.57 mit den beidenSoll-Positionen52,53 übereinstimmen.In 7 another screen shot is presented as presented to the user in this situation. In the already described coordinate system, respectively the desired position 52 the needle axis 23 on the X axis 47 and the target position 53 the needle axis 23 shown on the Y-axis 48 , In addition, the mapping of the actual position of the needle axis takes place 23 , also in the form of an actual position 54 on the X axis 47 and an actual position 55 on the Y axis 48 , In 7 are the target positions 52 . 53 with a solid line and the actual positions 54 . 55 shown with broken lines. In reality, different colored representations are preferably used to identify nominal and actual positions. The second step is completed when the two actual positions 54 . 55 by shifting in correction direction 56 respectively. 57 with the two nominal positions 52 . 53 to match.

8 zeigteine zu7 alternative Bildschirmabbildungzum Ausrichten der Raumachsen der Nadelhalterung3. Dabeiwerden schematische3' der Nadelhalterung3 auf demBildschirm7 angezeigt, zusammen mit den entsprechendenSoll- und Ist-Positionen52,53,54,55 für X- undY-Achse47,48. Versuche haben ergeben, daß mit einersolchen Darstellung die benötigteAusrichtzeit nochmals verringert werden kann. 8th shows one too 7 alternative screen illustration for aligning the spatial axes of the needle holder 3 , This will be schematic 3 'the needle holder 3 on the screen 7 displayed along with the corresponding setpoint and actual positions 52 . 53 . 54 . 55 for X and Y axis 47 . 48 , Experiments have shown that with such a representation, the required alignment time can be reduced again.

Insgesamtwird fürdas Ausrichten der Nadelhalterung3 eine Zeitdauer vonweniger als 20 Sekunden benötigt.Ein Markieren des Eintrittspunktes44 auf der Haut desPatienten5 ist nicht erforderlich.Overall, for aligning the needle holder 3 requires a period of less than 20 seconds. A marking of the entry point 44 on the skin of the patient 5 not necessary.

Ineinem zweiten Ausführungsbeispielist zur Bestimmung der exakten Nadellänge eine Kalibrierung der Nadel6 erforderlich.Die Position der Nadel6 muß hierzu zum einen im Hinblickauf die Nadelhalterung3 und zum anderen im Hinblick aufden Referenzrahmen2 definiert werden. Somit wird sichergestellt,daß Nadelnverschiedener Hersteller verwendet werden können.In a second embodiment, a needle calibration is used to determine the exact needle length 6 required. The position of the needle 6 must this on the one hand with regard to the needle holder 3 and second, with regard to the frame of reference 2 To be defined. This ensures that needles from different manufacturers can be used.

Hierfür hält der Anwenderdas proximale Nadelende, also die Nadelspitze58, zunächst aneinen Kalibrierungspunkt59 am Referenzrahmen2,wobei die 3D-Koordinaten dieses Kalibrierungspunktes59 demNavigationsmodul36 des Positionierungssystems100 zuvorbekanntgegeben werden oder bereits in dem Positionierungssystem100 gespeichertsind. Als Kalibrierungspunkt59 dient vorteilhafterweiseeine Kerbe oder ein CT-Marker14, dessen Position dem Positionierungssystem100 bekanntist.For this purpose, the user holds the proximal end of the needle, so the needle tip 58 , first to a calibration point 59 on the reference frame 2 , where the 3D coordinates of this calibration point 59 the navigation module 36 of the positioning system 100 previously announced or already in the positioning system 100 are stored. As a calibration point 59 is advantageously a notch or a CT marker 14 whose position is the positioning system 100 is known.

DerNadel6 selbst wird darüberhinaus ein zweites DRF (Nadel-DRF) zugeordnet und derart kalibriert, daß sich derAusgangspunkt des Nadel-DRF an dem distalen Nadelende25 befindet.Zur Lagebestimmung des distalen Nadelendes25 dienen dortangeordnete optische Marker15, nämlich vorzugsweise die in Verbindungmit dem Auflageelement24 stehenden optischen Marker15 ander Nadelhalterung3. Die Nadellänge ist dann definiert alsdie Längedes Vektors zwischen dem Kalibrierungspunkt59 an dem Referenzrahmen2 und demAusgangspunkt des Nadel-DRF.The needle 6 itself is also assigned a second DRF (Needle DRF) and calibrated so that the starting point of the needle DRF is at the distal needle end 25 located. For determining the position of the distal end of the needle 25 serve there arranged optical markers 15 , namely preferably in connection with the support element 24 standing optical marker 15 on the needle holder 3 , The needle length is then defined as the length of the vector between the calibration point 59 on the reference frame 2 and the starting point of the needle DRF.

Aufgrundder damit bekannten Lage der Nadel6 im Patientenkoordinatensystem201 undim Koordinatensystem301 des optischen Ortungssystems300 kannein Abgleich der beiden Koordinatensysteme durch das Registrierungsmodul31 desPositionierungssystems100 erfolgen.Due to the known position of the needle 6 in the patient coordinate system 201 and in the coordinate system 301 of the optical positioning system 300 can be a comparison of the two coordinate systems by the registration module 31 of the positioning system 100 respectively.

Daseigentliche Ausrichten der Nadelhalterung3 erfolgt wieoben beschrieben in zwei Teilschritten. Während des Nadelvorschubes bewegtsich dann das Nadel-DRF mit der Nadel6 mit. Die exakteLage der Nadel6, insbesondere die exakte Lage der Nadelspitze58,wird von dem Navigationsmodul36 ermittelt und ist in demPatientendatensatz auf dem Bildschirm7 sichtbar. Somitist eine virtuelle Echtzeitkontrolle der aktuellen Nadelpositionam Bildschirm7 möglich.The actual alignment of the needle holder 3 takes place as described above in two steps. During needle feed, the needle DRF then moves with the needle 6 With. The exact position of the needle 6 , in particular the exact position of the needle tip 58 , is from the navigation module 36 determined and is in the patient record on the screen 7 visible, noticeable. Thus, a virtual real-time control of the current needle position on the screen 7 possible.

Umeine Kontrolle überdie tatsächlicheLage der Nadel6 im Körperdes Patienten5 zu erhalten, kann ein CT-Kontrollscan durchgeführt werden.In diesem Fall verwendet das Positionierungssystem100 Informationen über dieLage der Nadel6 innerhalb der CT-Koordinaten dafür, dem Anwendereinen vergleichsweise kleine Bereich für einen CT-Kontrollscan in Längsrichtung vorzuschlagen.Vorteilhafterweise ist der vorgeschlagene Bereich der Bereich umdie Nadelspitze58, da der übrige Teil des Zugangswegesin dieser Situation zumeist weniger interessant ist. Vorzugsweisewerden entsprechende Steuerungsdaten automatisch von dem Positionierungssystem100 anden CT-Scanner200 übertragen.Großflächige Kontrollscans,wie sie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen vorallem bei schrägverlaufenden Eingriffsbahnen erforderlich sind, und die mit einerhohen Strahlungsbelastung verbunden wären, können dadurch entfallen.To control the actual position of the needle 6 in the body of the patient 5 To obtain a CT control scan can be performed. In this case, the positioning system uses 100 Information about the position of the needle 6 within the CT coordinates, to suggest to the user a relatively small area for a longitudinal CT control scan. Advantageously, the proposed range is the area around the needle point 58 because the rest of the access route is usually less interesting in this situation. Preferably, corresponding control data automatically from the positioning system 100 to the CT scanner 200 transfer. Large-scale control scans, as they are required in the known from the prior art solutions, especially in oblique engaging tracks, and would be associated with a high radiation exposure, can be omitted.

Ergibtder Kontrollscan, daß eineKorrektur der Nadelposition erforderlich ist, beispielsweise weilsich der Patient5 in der Zwischenzeit bewegt hat, so können dieneuen CT-Daten fürden weiteren Verlauf des Eingriffes verwendet werden.If the control scan indicates that needle position correction is required, for example because the patient is 5 has moved in the meantime, the new CT data can be used for the further course of the procedure.

DieAusrichtung der Nadel5 und/oder der Nadelvorschub kanndabei automatisch, beispielsweise mit Hilfe einer dafür ausgebildetenund mit der Navigationssoftware zum Austausch entsprechender Datenverbundenen Ausrichte- und Vorschubvorrichtung (nicht abgebildet),oder aber manuell durch den Anwender erfolgen. Die Ausrichte- undVorschubvorrichtung ist vorteilhafterweise ein RoboterbasiertesSystem. Die Ausrichte- und Vorschubvorrichtung umfaßt beispielsweiseein Robotermodul mit sechs Freiheitsgraden zur Ausrichtung der Nadelhalterungund ein Vorschubmodul mit Servomotoren zum Nadelvorschub.The orientation of the needle 5 and / or the needle feed can be done automatically, for example by means of a trained and connected to the navigation software for the exchange of corresponding data alignment and feed device (not shown), or manually by the user. The alignment and feeding device is advantageously a robot-based system. The alignment and advancing device includes, for example, a six-degree-of-freedom robot module for aligning the needle holder and a feed module with needle feed servo motors.

Während desNadelvorschubes könnenCT-Kontrollscans durchgeführtwerden und die entsprechenden neuen CT-Bilder über das Eingangsmodul31 indas Positionierungssystem100 geladen werden, um die tatsächlicheLage der Nadel6 und insbesondere der Nadelspitze58 zu überprüfen. Derweitere Nadelvorschub kann dann entweder auf der Grundlage der bisherverwendeten CT-Bilder oder aber auf der Grundlage der neuen CT-Bilderndes CT-Kontrolscans überwachtwerden.During the needle feed, CT control scans can be performed and the corresponding new CT scans taken through the input module 31 in the positioning system 100 be loaded to the actual position of the needle 6 and in particular the needle tip 58 to check. The further needle feed can then be monitored either on the basis of the previously used CT images or on the basis of the new CT images of the CT control scan.

Außerdem werdenwährenddes Eingriffes von einem weiteren Funktionsmodul der Navigationssoftwarezu Dokumentationszwecken Bildschirmfotos (screenshots) erzeugt,welche Informationen überdie letzte Nadelposition enthalten. Diese Bildschirmfotos werdenvon einem weiteren Funktionsmodul der Navigationssoftware in DICOM-Bilderkonvertiert und zu einem örtlichenBildarchiv, vorzugsweise PACS (Picture Archiving & CommunicationSystem), gesendet. Da das PACS fürdie Archivierung und Verwaltung der Bilddaten zuständig ist,werden nach dem Eingriff alle Bilder und Patientendaten von demPositionierungssystem100 gelöscht.In addition, screenshots are generated during the intervention of another function module of the navigation software for documentation purposes, which contain information about the last needle position. These screen shots are converted into DICOM images by another function module of the navigation software and sent to a local image archive, preferably PACS (Picture Archiving & Communication System). Since the PACS is responsible for the archiving and management of the image data, after the procedure all images and patient data from the positioning system 100 deleted.

Ineinem weiteren Ausführungsbeispielweist das Positionierungssystem100 einen Kalibrierkörper (nichtdargestellt) auf. Dieser dient zur Überprüfung der Geometrie der Nadelhalterung3.Insbesondere dient der Kalibrierkörper der Überprüfung der relativen Lage vonRotationspunkt22 und Nadelachse23 zueinander. Zudiesem Zweck ist der Kalibrierkörperselbst exakt vermessen und die Geometrie des Kalibrierkörpers ist demPositionierungssystem100 bekannt. Darüber hinaus sind an dem Kalibrierkörper ebenfallsoptische Marker15 vorgesehen. Der Kalibrierkörper kannals externer Kalibrierkörpervorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Kalibrierkörper jedoch in den Referenzrahmen2 integriert,so daß derAnwender eine Überprüfung derGeometrie der Nadelhalterung3 vor jeder Anwendung aufeinfache Art und Weise durchführenkann. Dabei wird die Nadelhalterung3 auf eine definierteArt und Weise in einen räumlichenBezug zu der Kalibrierkörpergebracht. Vorzugsweise ist an der Nadelhalterung3 einSteckelement vorgesehen, welches auf eine definierte Art und Weisein eine entsprechend vorgesehene Aufnahmeöffnung in dem Kalibrierkörper gestecktwerden kann. Der Kalibierkörperist vorzugsweise in den Referenzrahmen2 integriert.In a further embodiment, the positioning system 100 a calibration (not shown) on. This is used to check the geometry of the needle holder 3 , In particular, the calibration body is used to check the relative position of the point of rotation 22 and needle axis 23 to each other. For this purpose, the calibration itself is precisely measured and the geometry of the calibration is the positioning system 100 known. In addition, also on the calibration body optical markers 15 intended. The calibration can be provided as an external calibration. However, the calibration body is preferably in the reference frame 2 Integrated, allowing the user to check the geometry of the needle holder 3 before each application in a simple way. This will be the needle holder 3 placed in a defined manner in a spatial relation to the calibration. Preferably, on the needle holder 3 a plug-in element is provided, which can be plugged in a defined manner into a correspondingly provided receiving opening in the calibration body. The calibration body is preferably in the reference frame 2 integrated.

DieVerwendung eines separaten Kalibrierkörpers ist nicht erforderlich,wenn der Referenzrahmen2 selbst als Kalibrierkörper genutztwird. Da sowohl die Abmessungen als auch die räumliche Lage des Referenzrahmens2 bekanntsind, kann der Referenzrahmen2 auf einfache Art und Weiseals Kalibrierkörperdienen, wenn er beispielsweise ein geeignetes Steckelement, beispielsweiseeinen Zapfen oder Stift, aufweist. Die räumliche Anordnung des Steckelementsist bekannt. Die Nadelhalterung3 wird dann auf das Steckelementan dem Referenzrahmen2 aufgesteckt. Durch einen Vergleichder Soll- und Ist-Position der Nadelhalterung3 können Abweichungenfestgestellt werden.The use of a separate calibration body is not required if the reference frame 2 itself is used as a calibration body. Because both the dimensions and the spatial position of the reference frame 2 are known, the reference frame 2 serve in a simple manner as a calibration, for example, if he has a suitable plug-in element, such as a pin or pin. The spatial arrangement of the plug element is known. The needle holder 3 is then on the plug-in element to the reference frame 2 attached. By comparing the setpoint and actual position of the needle holder 3 deviations can be detected.

Wirddurch das Positionierungssystem100 eine Abweichung inder Geometrie der Nadelhalterung3 festgestellt, so erfolgteine Berechnung der Abweichung von der Soll-Geometrie durch dasPositionierungssystem100 sowie eine entsprechende Korrekturbei der Planung der Trajektorie45 bzw. der Navigationder Nadel6 währenddes Eingriffes anhand einer ermittelten Korrekturmatrix. Mit anderenWorten wird dann die Nadelhalterung3 stets zusammen mitder Korrekturmatrix verwendet. Übersteigendie Abweichungen einen maximalen Grenzwert, beispielsweise weildie Nadelhalterung3 zuvor zu Boden gefallen ist, wirddurch das Positionierungssystem100 eine entsprechendeMeldung an den Anwender ausgegeben oder die geplante Anwendung abgebrochen.Is through the positioning system 100 a deviation in the geometry of the needle holder 3 has been determined, the deviation from the desired geometry is calculated by the positioning system 100 and a corresponding correction in the planning of the trajectory 45 or the navigation of the needle 6 during the procedure based on a determined correction matrix. In other words, then the needle holder 3 always used together with the correction matrix. If the deviations exceed a maximum limit, for example, because the needle holder 3 previously fallen to the ground is through the positioning system 100 a corresponding message is issued to the user or the planned application is aborted.

Ineinem weiteren, ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsbeispielwerden auf an sich bekannte Art und Weise zusätzliche optische Marker amPatienten angebracht. Diese zusätzlichenoptischen Marker werden ebenfalls durch das optische Ortungssystem300 erfaßt. Für die Auswertungdieser Daten ist in dem Berechnungsmodul32 der Navigationssoftware einPatientenmodul (nicht abgebildet) vorgesehen, welches ausgebildetist, Veränderungenam Patienten5, insbesondere Bewegungen des Patienten5 mitHilfe dieser Daten zu erkennen. Mit den zusätzlichen optischen Markernkönnendrei wesentliche Informationen erfaßt werden, nämlich obsich der Patient5 bewegt hat, wie sich der Patient5 bewegthat und in welcher Position sich der Patient5 aktuellbefindet. Vorzugsweise werden diese Daten für eine automatische Echtzeit-Korrekturder Patientendaten durch das Positionierungssystem100 verwendet.So kann beispielsweise die Atmungskurve des Patienten5 beider Anzeige des Patientendatensatzes auf dem Bildschirm7 berücksichtigtwerden. Darüber hinauskönnendiese Daten auch bei einem vollautomatischen Eingriff ohne manuelleNavigation verwendet werden.In a further embodiment, also not shown, additional optical markers are attached to the patient in a manner known per se. These additional optical markers are also transmitted through the optical location system 300 detected. For the evaluation of this data is in the calculation module 32 the navigation software a patient module (not shown), which is designed to change the patient 5 , in particular movements of the patient 5 to recognize with the help of this data. With the additional optical markers, three essential information can be detected namely, whether the patient 5 has moved as the patient 5 has moved and in what position the patient 5 currently located. Preferably, these data are for automatic real-time correction of the patient data by the positioning system 100 used. For example, the respiratory curve of the patient 5 when displaying the patient record on the screen 7 be taken into account. In addition, these data can also be used in a fully automatic intervention without manual navigation.

DieGenauigkeit, mit der eine Navigation erfolgen kann, wurde anhandvon Untersuchungen ermittelt. Dabei wurden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Positionierungssystems100 Trajektorienmit Längenvon 120 mm und 180 mm geplant. Zum Einsatz kam eine Standard-Biopsienadel(18G). Das Positionierungssystem100 berechnete den Vektorv zwischen der aktuellen, von dem Positionierungssystem bestimmtenLage der virtuellen Nadelspitze einerseits und dem geplanten Zielpunktandererseits. Darüberhinaus berechnete das Positionierungssystem100 die Senkrechtel der verlängertenvirtuellen Nadelachse zum geplanten Zielpunkt. Die Länge e =|v| und die Senkrechte k = |l| wurden zur Kennzeichnung des Fehlersder Fehleinstellung verwendet. Dieser Fehler umfaßt Konstruktionsfehlervon Nadelhalterung3 und Referenzrahmen2 ebensowie Fehler bei der Bild-zu-Patient-Registrierung und Fehler, diedurch das optische Ortungssystem300 verursacht werden.The accuracy with which a navigation can take place was determined by investigations. It was using the positioning system according to the invention 100 Trajectories planned with lengths of 120 mm and 180 mm. A standard biopsy needle (18G) was used. The positioning system 100 calculated the vector v between the current position of the virtual needle point determined by the positioning system on the one hand and the planned target point on the other hand. It also calculated the positioning system 100 the vertical l of the extended virtual needle axis to the planned target point. The length e = | v | and the vertical k = | l | were used to identify the error of the misadjustment. This error includes design errors of needle holder 3 and reference frame 2 as well as errors in the image-to-patient registration and errors caused by the optical location system 300 caused.

InTabelle 1 sind die Mittelwerte der Fehler mit Standardabweichungenangegeben, wobei jeweils 105 Messungen durchgeführt wurden. Die Genauigkeitwar somit deutlich besser als 1 mm.InTable 1 are the mean values of the errors with standard deviationswith 105 measurements each. The precisionwas thus significantly better than 1 mm.

Tabelle1

Table 1

Ineinem weiteren Ausführungsbeispielwird anstelle des optischen Ortungssystems300 ein elektromagnetischesOrtungssystem (nicht abgebildet) verwendet. An die Stelle der optischenMarker15 treten in diesem Fall Markierungselemente inForm von Spulen64. Diese Spulen64 sind wiederumin einer solchen Geometrie zueinander im oder am Referenzrahmen2', in oder ander Nadelhalterung3 sowie in einem Instrument, beispielsweiseder Nadel6, angeordnet, daß eine eindeutige Lagebestimmungdieser Gerätemöglichist, wenn jeweils wenigstens eine oder zwei Spulen64 vondem elektromagnetischen Ortungssystem erfaßt sind. Dabei ergeben sichbei der Verwendung von einer Spule64 insgesamt fünf Freiheitsgradeund bei der Verwendung von zwei Spule64 sechs Freiheitsgrade.Vorzugsweise sind die Spulen64 derart angeordnet, daß die Spulenlängsachsenjeweils in einem rechten Winkel zueinander liegen. Die Ortung derSpulen64 erfolgt übereinen Feldgenerator, welcher ein elektromagnetisches Feld im Bereichdes Referenzrahmens2' erzeugt.In a further embodiment, instead of the optical positioning system 300 used an electromagnetic location system (not shown). In place of optical markers 15 occur in this case marking elements in the form of coils 64 , These coils 64 are in turn in such a geometry to each other in or on the reference frame 2 ' , in or on the needle holder 3 as well as in an instrument, for example the needle 6 , arranged that a unique orientation of these devices is possible, if in each case at least one or two coils 64 are detected by the electromagnetic location system. This results in the use of a coil 64 a total of five degrees of freedom and when using two coil 64 six degrees of freedom. Preferably, the coils 64 arranged such that the coil longitudinal axes are each at a right angle to each other. The location of the coils 64 takes place via a field generator which generates an electromagnetic field in the region of the reference frame 2 ' generated.

SindSpulen64 direkt in der Nadel6 vorgesehen, kannauf die Verwendung einer Nadelhalterung verzichtet werden. Vorzugsweiseerfolgt dann Ausrichtung und Nadelvorschub durch „Freihand-Navigation" des Anwenders. DieNavigation kann jedoch auch „geführt" erfolgen, beispielsweisemit Hilfe eines Robotersystems oder eines hydraulischen Armes oderdergleichen. Selbstverständlichist es auch möglich,Spulen64 als zweite Markierungselemente in der Nadelhalterung3 einzusetzen.Are coils 64 right in the needle 6 provided, can be dispensed with the use of a needle holder. Orientation and needle feed are then preferably performed by the user's "hands-free navigation." However, the navigation can also be "guided", for example with the aid of a robot system or a hydraulic arm or the like. Of course it is also possible coils 64 as second marking elements in the needle holder 3 use.

In9 istein weiteres Ausführungsbeispieleines Referenzrahmens2' ausKunststoff abgebildet, wie er auch für das Positionierungssystem100 miteinem elektromagnetischen Ortungssystem verwendet werden kann. DerReferenzrahmen2' umfaßt im wesentlichenzwei parallel zueinander verlaufende Auflagearmen61 undeinen kürzerenMittelsteg62. Auflagearme61 und Mittelsteg62 sinddabei stabförmigausgebildet. Der Mittelsteg62 ist mit den Auflagearmen61 über zweiflächigeStützelemente63 verbunden,die den Mittelsteg62 in einer solchen Höhe über denAuflagearmen61 halten, daß in dem dadurch gebildetenFreiraum ein Patient5 vollständig oder zumindest teilweisePlatz findet, wenn der Referenzrahmen2 mit seinen Auflagearmen61 aufdem CT-Tisch11 des CT-Scanners200 aufliegt.Alternativ zu einer Auflage auf dem CT-Tisch11 kann derReferenzrahmen2' auch über demPatienten positioniert sein, ohne daß ein Kontakt zu dem CT-Tisch11 besteht.Vorzugsweise ist der Referenzrahmen2' dann mit einem Montagearm17 odereiner anderen beweglichen Haltevorrichtung seitlich an dem CT-Tisch11 befestigt.In 9 is another embodiment of a reference frame 2 ' made of plastic, as well as for the positioning system 100 can be used with an electromagnetic location system. The reference frame 2 ' essentially comprises two mutually parallel support arms 61 and a shorter center bar 62 , support arms 61 and central pier 62 are designed rod-shaped. The central pier 62 is with the support arms 61 over two flat support elements 63 connected to the central pier 62 at such a height above the support arms 61 hold that in the space formed thereby a patient 5 completely or at least partially takes place when the frame of reference 2 with his support arms 61 on the CT table 11 of the CT scanner 200 rests. Alternatively to an overlay on the CT table 11 can be the reference frame 2 ' also be positioned above the patient without any contact with the CT table 11 consists. Preferably, the reference frame 2 ' then with a mounting arm 17 or other movable fixture on the side of the CT table 11 attached.

Ineinem weiteren Ausführungsbeispiel(nicht abgebildet), wird der Referenzrahmen2' auf den Patienten5 aufgelegtund optional unter leichtem Druck an dem Patienten5 fixiert.In another embodiment (not shown), the reference frame becomes 2 ' on the patient th 5 applied and optionally under slight pressure on the patient 5 fixed.

Dabeidient der Referenzrahmen2' zugleichals Mittel zur Patientenfixierung.The reference frame serves this purpose 2 ' at the same time as a means for patient fixation.

DieCT-Marker14 befinden sich im Inneren der beiden Auflagearme61.Die als elektromagnetische Markierungselemente dienenden Spulen64 sindin den Stützelementen63 angeordnet.Jeweils ein Beispiel-Marker ist mir durchbrochenen Linien eingezeichnet.Die optischen Marker15 sind dabei an beiden Seiten aufdem Mittelsteg63 angebracht. Als Kalibrierungspunkte59 dienenzwei Kerben in den Auflagearmen61.The CT markers 14 are located inside the two support arms 61 , The serving as electromagnetic marking elements coils 64 are in the support elements 63 arranged. In each case an example marker is drawn to me broken lines. The optical markers 15 are on both sides of the middle bridge 63 appropriate. As calibration points 59 serve two notches in the support arms 61 ,

DieVerwendung eines elektromagnetischen Ortungssystems ist besondersvorteilhaft, da die Spulen64 vergleichsweise klein sindund problemlos auch im Inneren der Geräte (Referenzrahmen2 undNadelhalterung3) untergebracht werden können, wosie ungestörtgegenübersämtlichenUmgebungseinflüssensind. Besonders vorteilhaft ist darüber hinaus, daß eine solcheSpule64 auch in der Nadel6, insbesondere indie Nadelspitze58 integrierbar ist. Somit wird es aufeinfache Art und Weise möglich,die Lage der Nadelspitze58 in dem elektromagnetischenFeld mit Hilfe des Positionierungssystems100 zu bestimmenund in Echtzeit in dem Patientendatensatz auf dem Bildschirm7 anzuzeigen.Damit kann währenddes Eingriffes sicher festgestellt werden, wann sich die Nadelspitze58 verbiegtoder andere Änderungenan der Nadelspitze58 auftreten. Besonders bei sehr langenNadeln6, die aufgrund ihrer Konstruktion bereits einegewisse Instabilitätaufweisen, ist dies von Vorteil.The use of an electromagnetic location system is particularly advantageous because the coils 64 are comparatively small and easily in the interior of the devices (reference frame 2 and needle holder 3 ), where they are undisturbed against all environmental influences. It is particularly advantageous beyond that such a coil 64 also in the needle 6 , especially in the needle tip 58 is integrable. Thus, it is possible in a simple manner, the position of the needle tip 58 in the electromagnetic field by means of the positioning system 100 and in real time in the patient record on the screen 7 display. This can be safely determined during the procedure when the needle tip 58 bends or other changes to the needle point 58 occur. Especially with very long needles 6 , which already have some instability due to their construction, this is an advantage.

Kanndie Position der Nadelspitze58 im Körper des Patienten6 exaktverfolgt werden, ist auch ein präziserVorschub der Nadel6 auf einer nicht geradlinigen Trajektoriemöglich.Can the position of the needle point 58 in the body of the patient 6 accurately tracked, is also a precise feed of the needle 6 possible on a non-linear trajectory.

Diesist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Zugang zu einem Zielpunkt39 nur über einenichtgeradlinigen Zugangsweg erfolgen kann, beispielsweise, wenndie Nadel6 um ein Knochengewebe herum navigiert werdenmuß.This is particularly advantageous when accessing a destination 39 can only be done via a nichtgeradlinigen access path, for example, when the needle 6 must be navigated around a bone tissue around.

Umeine weiter optimierte Navigation zu erreichen ist es selbstverständlich möglich, allezuvor beschriebenen Systeme und Systemkomponenten auf verschiedeneArt und Weisen miteinander zu kombinieren. Beispielsweise können alszweite Markierungselemente gleichzeitig optische Marker15 undelektromagnetische Marker64 verwendet werden. In einemweiteren Ausführungsbeispiel(nicht abgebildet) werden beispielsweise optische Marker15 zurKennzeichnung des Referenzrahmens2 und der Nadelhalterung3 verwendet,währendelektromagnetische Marker64 zur Kennzeichnung der Nadel6 unddamit insbesondere zur Verfolgung der Nadelspitze58 imInneren des Patientenkörpersgenutzt werden.In order to achieve further optimized navigation, it is of course possible to combine all the systems and system components described above in various ways. For example, optical markers can simultaneously be used as second marking elements 15 and electromagnetic markers 64 be used. In a further embodiment (not shown), for example, optical markers 15 for the identification of the reference framework 2 and the needle holder 3 used while electromagnetic markers 64 for marking the needle 6 and thus in particular for tracking the needle tip 58 be used inside the patient's body.

11

(frei)(free)

22

Referenzrahmenframe of reference

33

Nadelhalterungneedle holder

44

DatenverarbeitungseinheitData processing unit

55

Patientpatient

66

Nadelneedle

77

Bildschirmscreen

88th

Trägergestellsupport frame

99

PatientenfixierungssystemPatient fixation system

1010

PersonalcomputerPC

1111

CT-TischCT table

1212

Längsstrebenlongitudinal struts

1313

Längsrichtunglongitudinal direction

1414

CT-MarkerCT markers

1515

optischeMarkeropticalmarker

1616

Aufnahme-und HaltevorrichtungAdmission-and holding device

1717

Montagearmmounting arm

1818

Befestigungsflanschmounting flange

1919

Drehgelenkswivel

2020

(frei)(free)

2121

Auflageschienesupport rail

2222

Rotationspunktrotation point

2323

Nadelachseneedle axis

2424

Auflageelementsupport element

2525

distalesNadelendedistalneedle end

2626

serielleSchnittstelleserialinterface

2727

DICOMDICOM

2828

TCP/IP-SchnittstelleTCP / IP interface

2929

(frei)(free)

3030

(frei)(free)

3131

Eingangs-/AusgangsmodulInput / output module

3232

Berechnungsmodulcalculation module

3333

Anzeigemoduldisplay module

3434

Registrierungsmodulregistration module

34a34a

MarkererkennungsmodulMarker recognition module

34b34b

Abgleichmodulbalancing module

3535

Planungsmodulplanning module

3636

Navigationsmodulnavigation module

3737

Zielgebiettarget area

3838

ersteGewebeartfirstFabric

3939

ZielpunktEndpoint

4040

Steuereinheitcontrol unit

4141

ersterEintrittspunktfirstentry point

4242

ersteTrajektoriefirsttrajectory

4343

zweiteGewebeartsecondFabric

4444

zweiterEintrittspunktsecondentry point

4545

zweiteTrajektoriesecondtrajectory

4646

Kontrollpunktcheckpoint

4747

X-AchseX axis

4848

Y-AchseY-axis

4949

ersterKreisfirstcircle

5050

(frei)(free)

5151

zweiterKreissecondcircle

5252

Soll-PositionX-AchseNominal positionX axis

5353

Soll-PositionY-AchseNominal positionY-axis

5454

Ist-PositionX-AchseActual positionX axis

5555

Ist-PositionY-AchseActual positionY-axis

5656

KorrekturrichtungX-Achsecorrection directionX axis

5757

KorrekturrichtungY-Achsecorrection directionY-axis

5858

Nadelspitzepinpoint

5959

Kalibrierungspunktcalibration point

6060

(frei)(free)

6161

Auflagearmsupport arm

6262

Mittelstegcenter web

6363

Stützelementsupport element

6464

SpuleKitchen sink

100100

Positionierungssystempositioning system

200200

CT-ScannerCT Scanner

201201

erstesKoordinatensystemfirstcoordinate system

300300

Ortungssystemtracking system

301301

zweitesKoordinatensystemsecondcoordinate system

Claims (19)

Translated fromGerman

Positionierungssystem (100) für perkutaneInterventionen, – miteinem Referenzrahmen (2) zur Anordnung in einer definiertenLage relativ zu einem Patienten (5), wobei der Referenzrahmen(2) derart ausgebildet ist, daß dessen Lage in einem erstenBezugssystem (201) und in einem zweiten Bezugssystem (301)bestimmbar ist, – miteiner Instrumentenhalterung (3) zum Aufnehmen und/oderHalten eines medizinischen Instrumentes (6), insbesondereeiner Nadel, und/oder mit einem medizinischen Instrument (6),wobei die Instrumentenhalterung (3) und/oder das medizinischeInstrument (6) derart ausgebildet ist, daß derenLage in dem zweiten Bezugssystem (301) bestimmbar ist,und – miteiner Datenverarbeitungseinheit (4), welche aufweist a)ein Eingangsmodul (31), ausgebildet zum Empfangen einesvon einem bildgebenden System (200) bereitgestellten Patientendatensatzesund zum Empfangen eines von einem Ortungssystem (300) bereitgestellten Gerätedatensatzes, wobeider Patientendatensatz Patientendaten, insbesondere Bilddaten, indem ersten Bezugssystem (201) und Daten zur Lage des Referenzrahmens(2) in dem ersten Bezugssystem (201) enthält, undwobei der GerätedatensatzDaten zur Lage des Referenzrahmens (2) und/oder des medizinischenInstrumentes (6) in dem zweiten Bezugssystem (301)und Daten zur Lage der Instrumentenhalterung (3) und/oder desmedizinischen Instrumentes (6) in dem zweiten Bezugssystem(301) enthält, b)ein Registrierungsmodul (34), ausgebildet zum Durchführen einerautomatischen Bild-zu-Patient-Registrierungmit Hilfe der in dem Patientendatensatz und in dem Gerätedatensatzenthaltenen Daten und c) ein Planungsmodul (35), ausgebildetzum Planen einer Trajektorie (45) von einem Eintrittspunkt(44) am Patienten (5) zu einem Zielpunkt (39)im Patienten (5).Positioning system ( 100 ) for percutaneous interventions, - with a reference framework ( 2 ) for placement in a defined position relative to a patient ( 5 ), the reference framework ( 2 ) is designed such that its position in a first reference system ( 201 ) and in a second frame of reference ( 301 ), - with an instrument holder ( 3 ) for receiving and / or holding a medical instrument ( 6 ), in particular a needle, and / or with a medical instrument ( 6 ), the instrument holder ( 3 ) and / or the medical instrument ( 6 ) is designed such that its position in the second reference system ( 301 ), and - with a data processing unit ( 4 ), which has a) an input module ( 31 ) adapted to receive one of an imaging system ( 200 ) provided patient data and for receiving a from a positioning system ( 300 ), wherein the patient data record contains patient data, in particular image data, in the first reference system ( 201 ) and data on the situation of the reference framework ( 2 ) in the first frame of reference ( 201 ) and wherein the device data set data on the position of the reference frame ( 2 ) and / or the medical instrument ( 6 ) in the second frame of reference ( 301 ) and data on the position of the instrument holder ( 3 ) and / or the medical instrument ( 6 ) in the second frame of reference ( 301 ), b) a registration module ( 34 ) configured to perform automatic image-to-patient registration using the data contained in the patient record and device record, and c) a scheduling module ( 35 ), designed for planning a trajectory ( 45 ) from an entry point ( 44 ) on the patient ( 5 ) to a destination ( 39 ) in the patient ( 5 ).Positionierungssystem (100) nach Anspruch1, wobei die Datenverarbeitungseinheit (4) weiter aufweist d)ein Navigationsmodul (36), ausgebildet zum Visualisierender Instrumentenhalterung (2) und/oder des medizinischenInstrumentes (6) in dem Patientendatensatz vor und/oderwährendder Intervention.Positioning system ( 100 ) according to claim 1, wherein the data processing unit ( 4 ) d) a navigation module ( 36 ), designed to visualize the instrument holder ( 2 ) and / or the medical instrument ( 6 ) in the patient record before and / or during the intervention.Positionierungssystem (100) nach Anspruch1 oder 2, wobei der Referenzrahmen (2) eine Anzahl erster Markierungselemente(14) fürdie Bestimmung seiner Lage in dem ersten Bezugssystem (201)und eine Anzahl zweiter Markierungselemente (15,64)für dieBestimmung seiner Lage in dem zweiten Bezugssystem (301)aufweist.Positioning system ( 100 ) according to claim 1 or 2, wherein the reference frame ( 2 ) a number of first marking elements ( 14 ) for the determination of its position in the first frame of reference ( 201 ) and a number of second marking elements ( 15 . 64 ) for the determination of its position in the second frame of reference ( 301 ) having.Positionierungssystem (100) nach einem derAnsprüche1 bis 3, wobei die Instrumentenhalterung (3) eine Anzahlzweiter Markierungselemente (15,64) für die Bestimmungihrer Lage in dem zweiten Bezugssystem (301) aufweist.Positioning system ( 100 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the instrument holder ( 3 ) a number of second marking elements ( 15 . 64 ) for the determination of their position in the second frame of reference ( 301 ) having.Positionierungssystem (100) nach einem derAnsprüche1 bis 4, wobei dem medizinischen Instrument (6) eine Anzahlzweiter Markierungselemente (15,64) für die Bestimmungseiner Lage in dem zweiten Bezugssystem (301) zugeordnetist.Positioning system ( 100 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the medical instrument ( 6 ) a number of second marking elements ( 15 . 64 ) for the determination of its position in the second frame of reference ( 301 ) assigned.Positionierungssystem (100) nach einem derAnsprüche3 bis 5, wobei die ersten Markierungselemente (14) zurBestimmung einer Lage in dem ersten Bezugssystem (201)mit Hilfe eines bildgebenden Verfahrens ausgebildet sind.Positioning system ( 100 ) according to one of claims 3 to 5, wherein the first marking elements ( 14 ) for determining a position in the first frame of reference ( 201 ) are formed by means of an imaging method.Positionierungssystem (100) nach einem derAnsprüche3 bis 6, wobei die zweiten Markierungselemente (15,64)zur Bestimmung einer Lage in dem zweiten Bezugssystem (301)mit Hilfe eines optischen und/oder elektromagnetischen Ortungsverfahrensausgebildet sind.Positioning system ( 100 ) according to one of claims 3 to 6, wherein the second marking elements ( 15 . 64 ) for determining a position in the second frame of reference ( 301 ) are formed by means of an optical and / or electromagnetic locating method.Positionierungssystem (100) nach einem derAnsprüche3 bis 7, wobei das Registrierungsmodul (34) ausgebildetist zum Auffinden der Lage der ersten Markierungselemente (14)in dem ersten Bezugssystem (201) und/oder zum Auffindender Lage der zweiten Markierungselemente (15,64)in dem zweiten Bezugssystem (301) und/oder zum Abgleichendes ersten Bezugssystems (201) mit dem zweiten Bezugssystems(301) anhand der Lage der ersten und zweiten Markierungselemente(14;15,64).Positioning system ( 100 ) according to one of claims 3 to 7, wherein the registration module ( 34 ) is designed to find the position of the first marking elements ( 14 ) in the first frame of reference ( 201 ) and / or for finding the position of the second marking elements ( 15 . 64 ) in the second frame of reference ( 301 ) and / or for matching the first reference system ( 201 ) with the second reference system ( 301 ) based on the location of the first and second marking elements ( 14 ; 15 . 64 ).Positionierungssystem (100) nach einem derAnsprüche1 bis 8, wobei das bildgebende System (200) ein Computertomographoder ein C-Bogen-System ist.Positioning system ( 100 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the imaging system ( 200 ) is a computed tomography or C-arm system.Positionierungssystem (100) nach einemder Ansprüche1 bis 9, wobei das Ortungssystem (300) ein optisches oderelektromagnetisches Ortungssystem ist.Positioning system ( 100 ) according to one of claims 1 to 9, wherein the location system ( 300 ) is an optical or electromagnetic location system.Positionierungssystem (100) nach einemder Ansprüche1 bis 10, mit einem vorzugsweise auf einem Vakuumprinzip basierendenPatientenfixierungssystem (9) zur Fixierung des Patienten(5).Positioning system ( 100 ) according to one of claims 1 to 10, with a preferably based on a vacuum principle patient fixation system ( 9 ) for fixing the patient ( 5 ).Referenzrahmen (2) zur Verwendung in einemPositionierungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis11, ausgebildet zur Anordnung in einer definierten Lage relativzu einem Patienten (5), mit einer Anzahl erster Markierungselementen(14) fürdie Bestimmung seiner Lage in einem ersten Bezugssystem (201) undmit einer Anzahl zweiter Markierungselementen (15,64)für dieBestimmung seiner Lage in einem zweiten Bezugssystem (301),wobei die ersten Markierungselemente (14) zur Bestimmungeiner Lage mit Hilfe eines bildgebenden Verfahrens, insbesondereComputertomographie, ausgebildet sind und wobei die zweiten Markierungselemente(15,64) zur Bestimmung einer Lage mit Hilfe einesvorzugsweise optischen oder elektromagnetischen Ortungsverfahrensausgebildet sind.Reference frame ( 2 ) for use in a positioning system ( 100 ) according to any one of claims 1 to 11, adapted for placement in a defined position relative to a patient ( 5 ), with a number of first marking elements ( 14 ) for the determination of its position in a first frame of reference ( 201 ) and with a number of second marking elements ( 15 . 64 ) for the determination of its position in a second frame of reference ( 301 ), the first marking elements ( 14 ) are designed for determining a position with the aid of an imaging method, in particular computed tomography, and wherein the second marking elements ( 15 . 64 ) for determining a position by means of a preferably optical or elektroma are formed by magnetic positioning method.Referenzrahmen (2) nach Anspruch 12, derartausgebildet, daß eran dem oder auf dem Patienten (5) anbringbar ist.Reference frame ( 2 ) according to claim 12, adapted to be attached to or on the patient ( 5 ) is attachable.Referenzrahmen mit integriertem KalibierkörperReference frame with integrated calibration bodyInstrumentenhalterung (3), insbesondereNadelhalterung, zur Verwendung in einem Positionierungssystem (100)nach einem der Ansprüche1 bis 11, mit einer Aufnahme- oder Haltevorrichtung (16)zur Befestigung eines medizinischen Instrumentes (6), insbesondereeiner Nadel, und mit eine Anzahl zweiter Markierungselemente (15,64)für dieBestimmung ihrer Lage in einem zweiten Bezugssystem (301), wobeidie zweiten Markierungselemente (15,64) zur Bestimmungeiner Lage mit Hilfe eines vorzugsweise optischen oder elektromagnetischenOrtungsverfahrens ausgebildet sind.Instrument holder ( 3 ), in particular needle holder, for use in a positioning system ( 100 ) according to one of claims 1 to 11, with a receiving or holding device ( 16 ) for fastening a medical instrument ( 6 ), in particular a needle, and with a number of second marking elements ( 15 . 64 ) for the determination of their position in a second frame of reference ( 301 ), the second marking elements ( 15 . 64 ) are formed for determining a position by means of a preferably optical or electromagnetic locating method.Instrumentenhalterung (3) nach Anspruch15, mit zwei Drehgelenken (19,19') zum Ausrichten eines Rotationspunktes(22) der Instrumentenhalterung und zum Ausrichten einerAchse (23) des medizinischen Instrumentes (6).Instrument holder ( 3 ) according to claim 15, with two hinges ( 19 . 19 ' ) for aligning a rotation point ( 22 ) of the instrument holder and for aligning an axis ( 23 ) of the medical instrument ( 6 ).Medizinisches Instrument (6) zur Verwendungin einem Positionierungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis11, insbesondere Nadel, mit eine Anzahl zweiter Markierungselemente(15,64) fürdie Bestimmung seiner Lage in einem zweiten Bezugssystem (301),wobei die zweiten Markierungselemente (15,64)zur Bestimmung einer Lage mit Hilfe eines vorzugsweise optischenoder elektromagnetischen Ortungsverfahrens ausgebildet sind.Medical Instrument ( 6 ) for use in a positioning system ( 100 ) according to one of claims 1 to 11, in particular needle, with a number of second marking elements ( 15 . 64 ) for the determination of its position in a second frame of reference ( 301 ), the second marking elements ( 15 . 64 ) are formed for determining a position by means of a preferably optical or electromagnetic locating method.Computerprogramm für ein Positionierungssystem(100) fürperkutane Interventionen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, – mit Computerprogrammanweisungen(31) zum Empfangen eines von einem bildgebenden System(200) bereitgestellten Patientendatensatzes und zum Empfangeneines von einem Ortungssystem (300) bereitgestellten Gerätedatensatzes,wobei der Patientendatensatz Patientendaten, insbesondere Bilddaten,in einem ersten Bezugssystem (201) und Daten zur Lage einesReferenzrahmens (2) in dem ersten Bezugssystem (201) enthält, undwobei der GerätedatensatzDaten zur Lage des Referenzrahmens (2) in einem zweitenBezugssystem (301) und Daten zur Lage einer Instrumentenhalterung(3) und/oder eines medizinischen Instrumentes (6)in dem zweiten Bezugssystem (301) enthält, – mit Computerprogrammanweisungen(34) zum Durchführeneiner automatischen Bild-zu-Patient-Registrierung mit Hilfe derin dem Patientendatensatz und in dem Gerätedatensatz enthaltenen Datenund – mitComputerprogrammanweisungen (35) zum Planen einer Trajektorie(45) von einem Eintrittspunkt (44) am Patienten(5) zu einem Zielpunkt (39) im Patienten (5), wenndas Computerprogramm auf einem Rechner (10) ausgeführt wird.Computer program for a positioning system ( 100 ) for percutaneous interventions according to one of claims 1 to 11, - with computer program instructions ( 31 ) for receiving one from an imaging system ( 200 ) provided patient data and for receiving a from a positioning system ( 300 ), wherein the patient data record patient data, in particular image data, in a first reference system ( 201 ) and data on the location of a reference framework ( 2 ) in the first frame of reference ( 201 ) and wherein the device data set data on the position of the reference frame ( 2 ) in a second frame of reference ( 301 ) and data on the position of an instrument holder ( 3 ) and / or a medical instrument ( 6 ) in the second frame of reference ( 301 ), - with computer program instructions ( 34 ) for performing an automatic image-to-patient registration using the data contained in the patient record and in the device record, and - with computer program instructions ( 35 ) for planning a trajectory ( 45 ) from an entry point ( 44 ) on the patient ( 5 ) to a destination ( 39 ) in the patient ( 5 ), if the computer program is on a computer ( 10 ) is performed.Computerprogramm nach Anspruch 18, – mit Computerprogrammanweisungen(36) zum Visualisieren der Instrumentenhalterung (3)und/oder des medizinischen Instrumentes (6) in dem Patientendatensatzvor und/oder währendder Intervention, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner (10)ausgeführtwird.Computer program according to claim 18, - with computer program instructions ( 36 ) for visualizing the instrument holder ( 3 ) and / or the medical instrument ( 6 ) in the patient record before and / or during the intervention, when the computer program is stored on a computer ( 10 ) is performed.